эцн. Теоретическая часть 7 Принципиальная схема уэцн и ее элементы 7
 Скачать 1.16 Mb.
|
|
Содержание Введение 5 Теоретическая часть 7 1. Принципиальная схема УЭЦН и ее элементы 7 2. Характеристики ЭЦН, корректировка паспортных характеристик ПЭЦН. Влияние вязкости, свободного газа, образования водонефтяных эмульсий на характеристику ПЭЦН 13 3. Методика подбора УЭЦН к скважине 18 4. Исходные данные 22 Расчетная часть 26 Список литературы 34 ВведениеЭксплуатация скважин установками погружных центробежных насосов (УЭЦН) является в настоящее время основным способом добычи нефти в России. Данными установками извлекается на поверхность около двух третей от общей годовой добычи нефти в нашей стране. Электроцентробежные скважинные насосы (ЭЦН) относятся к классу динамических лопастных насосов, характеризующихся большими подачами и меньшими напорами по сравнению с объемными насосами. Диапазон подач скважинных электроцентробежных насосов – от 10 до 1000 м3/сутки и более, напор – до 3500 м. В области подач свыше 80 м3/сут. ЭЦН имеет самый высокий КПД среди всех механизированных способов добычи нефти. В интервале подач от 50 до 300 м3/сут. КПД насоса превышает 40 %. Назначение электроцентробежных скважинных насосов – отбор из скважины нефти с содержанием воды до 99%, содержанием механических примесей до 0,01% (0,1 г/л) твердостью до 5 баллов по Моосу; сероводорода до 0,001%, содержанием газа до 25%. В коррозионностойком исполнении содержание сероводорода может быть до 0,125% (до 1,25 г/л). В износостойком исполнении содержание мехпримесей – до 0,5 г/л. Допустимый темп набора кривизны ствола скважины – до 20 на 10 м. Угол отклонения оси ствола скважины от вертикали – до 400. Достоинством ЭЦН являются большие возможности по автоматизации работы и дистанционного контроля состояния по сравнению со штанговыми установками. Кроме того, ЭЦН меньше подвержены влиянию кривизны скважины. Недостатками электроцентробежных насосов является ухудшение работы в условиях коррозионно-агрессивной среды, при выносе песка, в условиях высокой температуры и высокого газового фактора, снижение параметров работы с увеличением вязкости жидкости (при вязкости более 200 сП эксплуатация ЭЦН становится невозможной) [4]. Основными производителями погружных центробежных насосов в России являются Альметьевский насосный завод (АО «АЛНАС»), Лебедянский машиностроительный завод (АО «ЛЕМАЗ»), московский завод «Борец». Интересные разработки предлагаются и другими организациями, например, пермским заводом АО «Новомет», изготавливающим методом порошковой металлургии оригинальные ступени погружных центробежных насосов. УЭЦН в России изготавливаются в соответствии с техническими условиями ТУ, за рубежом – в соответствии требованиями API. Наиболее известные зарубежные производители установок ЭЦН – компания «REDA», «Centrilift», «ODI» и «ESP» (CША). В последние годы большую активность проявляют также изготовители УЭЦН из Китайской Народной Республики (фирма Temtext). В данных методических указаниях приводятся основные конструктивные схемы УЭЦН, особенности их устройства и принципа действия. Теоретическая часть1. Принципиальная схема УЭЦН и ее элементыНа сегодняшний день предложено большое число различных схем и модификаций установок ЭЦН. На рисунке 1 приведена одна из схем оборудования добывающей скважины установкой погружного центробежного электронасоса.  Рис. 1. Схема установки погружного центробежного насоса в скважине На схеме обозначены: компенсатор 1, погружной электродвигатель (ПЭД) 2, протектор 3, приёмная сетка 4 с газосепаратором 5, насос 6, ловильная головка 7, обратный клапан насосный 8, спускной клапан 9, колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) 10, колено 11, выкидная линия 12, обратный клапан устьевой 13, манометры 14 и 16, устьевая арматура 15, кабельная линия 17, соединительный вентиляционный ящик 18, станция управления 19, трансформатор 20, динамический уровень жидкости в скважине 21, пояса 22 для крепления кабельной линии к НКТ и насосному агрегату и эксплуатационная колонна скважины 23. При работе установки насос 6 откачивает жидкость из скважины на поверхность по насосно-компрессорным трубам 10. Насос 6 приводится в действие погружным электродвигателем 2, электроэнергия к которому подводится с поверхности по кабелю 17. Охлаждение двигателя 2 производится потоком скважинной продукции [7]. Наземное электрооборудование – станция управления 19 с трансформатором 20 – предназначено для преобразования напряжения промысловой электросети до величины, обеспечивающей оптимальное напряжение на входе в электродвигатель 2 с учётом потерь в кабеле 17, а также для управления работой погружной установки и её защиты при аномальных режимах. Допустимое по отечественным техническим условиям максимальное содержание свободного газа на входе в насос составляет 25%. При наличии газосепаратора на приёме ЭЦН допустимое газосодержание увеличивается до 55%. Зарубежные фирмы-производители УЭЦН рекомендуют применять газосепараторы во всех случаях, когда входное газосодержание составляет более 10 %. В настоящее время компаниями используются дорогостоящие УЭЦН габарита 3, специально предназначенные для добычи нефти из скважин с дополнительными колоннами диаметром 114 и 120 мм (рис. 2).  Рис. 2. Конструкция УЭЦН 5 (а) и УЭЦН 3 (б) Альтернативный вариант Для эксплуатации скважин с дополнительными колоннами диаметром 114 и 120 мм авторы предлагают использовать УЭЦН уменьшенного габарита 4 – УЭЦН 4-У с допольнительным модулем смещения, которые в настоящее время производятся серийно и являются альтернативой более дорогостоящим УЭЦН 3 (рис. 3). Особенность конструкции УЭЦН 4-У заключается в следующем. 1. Применение специального протектора гидрозащиты модернизированной конструкции ПБ86У. 2. Кабельный удлинитель с модернизированной муфтой не выступает за габариты двигателя. 3. Размеры концевых деталей УЭЦН уменьшены для уменьшения общего осевого размера установки. На нижнем фланце дополнительного модуля отчетливо видно смещение (рис. 3). 4. Между погружным электродвигателем (ПЭД) и гидрозащитой монтируется дополнительный модуль ПБ86Д.  Рис. 3. Схема размещения дополнительного модуля в компоновке УЭЦН 4-У (а) и схема дополнительного модуля в разрезе (б) Следует обратить внимание на боковое смещение оси дополнительного модуля на 4,5 мм относительно оси ПЭД. Из рис. 2, б видно, что внутреннее смещение проходит по диагонали [11]. Благодаря дополнительному модулю смещения УЭЦН 4-У образуется дополнительная площадь для размещения кабеля вдоль установки. При этом поперечный габарит погружного агрегата в комплектации с кабелем составляет 96,2 мм. Сравнение УЭЦН различных производителей В табл. 1 приведены габаритные данные стандартного УЭЦН и УЭЦН различных производителей. Таблица 1 Габаритные данные стандартного УЭЦН и УЭЦН различных производителей
Важным параметром в табл. 1 является «Поперечный габарит погружного агрегата в комплектации с кабелем». Рассмотрим такой пример. Планируется спуск УЭЦН в дополнительную колонну внешним диаметром 114 мм, внутренним – 100 мм. Из табл. 1 видно, что УЭЦН габарита 4 производства заводов «Алнас» и «Борец» не соответствуют условиям спуска 114-мм колонны. УЭЦН габарита 3 соответствуют условиям спуска, используются на протяжении нескольких лет, однако, как было отмечено выше, являются дорогостоящими. УЭЦН 4-У с дополнительным модулем смещения соответствует требованиям для спуска в 114-мм колонну [5]. Преимуществами УЭЦН 4-У являются: увеличение срока службы за счет увеличения размеров рабочих колес, а именно проточных каналов, которые будут меньше подвергаться засорению механическими примесями в отличие от малогабаритного УЭЦН 3; низкая рыночная цена по сравнению со стоимостью УЭЦН 3. Установки УЭЦН 4-У выпускаются серийно. Типо размер подбирается для каждой скважины индивидуально. Диапазон подачи изменяется от 28 до 300 м3/сут. Опыт использования УЭЦН 4-У Немаловажным фактором для внедрения нового погружного оборудования являются результаты исследований данных насосов в аналогичных скважинах [5]. В подконтрольной эксплуатации в настоящее время находится 18 установок УЭЦН 4-У, которые спущены в дополнительные колонны внешним диаметром 114 и 120 мм и внутренним – соответственно 100 и 106 мм. Полученные результаты превзошли ожидания. Так, в скважину три раза спускали УЭЦН 3, максимальная наработка составила 480 сут. Причина отказа: снижение дебита из-за засорения насоса механическими примесями. Для опытно-промысловых исследований приняли решение спустить УЭЦН 4-У, текущая наработка на сегодняшний день составляет 560 сут., данная установка находится в работе. Проанализировав результаты мероприятий (гидроразрыв пласта, бурение боковых стволов, ремонтно-изоляционные работы с переходом на нижележащие пласты с меньшей обводненностью, оптимизация, отказ от скважинных штанговых насосов с закупкой импортных насосов и др.), проводимых за последние 5 лет в 18 скважинах с дополнительными колоннами диаметром 114 и 120 мм, в которые спущены УЭЦН 4-У, можно сделать вывод, что при больших затратах на мероприятия, направленные на получение прироста нефти, внедрив УЭЦН 4-У, можно экономить на закупке погружного оборудования. Рассмотрим пример оптимизации одной скважины с дополнительной колонной диаметром 114 мм, в которой глубина спуска УЭЦН 5 ограничена. На данный момент УЭЦН 5 производительностью 45 м3/сут. спущена до глубины 2060 м (табл. 2). Дополнительная колонна начинается с глубины 2132 м. Было предложено спустить УЭЦН 4-У производительностью 60 м3/сут. Глубина спуска увеличилась на 300 м. При этом уменьшилось забойное давление, что обеспечило увеличение депрессии на пласт. Прирост дебита составил 4 т/сут. Таблица 2 Оптимизация одной скважины с дополнительной колонной диаметром 114 мм
Средняя наработка на отказ у УЭЦН-4 больше, чем у УЭЦН-3, за счет увеличения проточных каналов рабочих колес. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||