оборудование УЭЦН. Центробежные насосы Определение

Название	Центробежные насосы Определение
Анкор	оборудование УЭЦН
Дата	22.04.2022
Размер	4.47 Mb.
Формат файла
Имя файла	оборудование УЭЦН.ppt
Тип	Документы #489552

Оборудование УЭЦН

ННОУ ИПК «НКИ»

2011г.

Схема компоновки УЭЦН на скважине

Центробежные насосы - Определение

Центробежным насосом называется машина, которая перемещает флюид посредством ее вращения, которое создается рабочим колесом, установленным в диффузоре. В колесе имеется центральное впускное отверстие и выпускное отверстие, расположенное по касательной к окружности колеса. Флюид двигается по расширяющейся спирали от центра к краю колеса и дальше по касательной к окружности колеса в диффузор. Давление (напор) создается внутренними стенками диффузора, поскольку криволинейные стенки диффузора заставляют флюид двигаться по круговой траектории преобразуя скоростной напор в давление (напор насоса).
Насос состоит из входного модуля 3, модуля-секции 2 (модулей-секций), модуля-головки 1, обратного и спускного клапанов.

Модуль - насос

Модуль-головка состоит из корпуса, с одной стороны которого имеется внутренняя коническая резьба для подсоединения обратного клапана (насосно-компрессорной трубы), с другой стороны - фланец для подсоединения к модулю-секции двух ребер и резинового кольца. Ребра прикреплены к корпусу модуля-головки болтом с гайкой и пружинной шайбой. Резиновое кольцо герметизирует соединение модуля-головки с модулем-секцией.
Модуль-секция состоит из корпуса, вала, пакета ступеней (рабочих колес и направляющих аппаратов), верхнего подшипника, нижнего подшипника, верхней осевой опоры, головки, основания, двух ребер и резиновых колец. Число ступеней в модулях-секциях указано в табл. 1. Соединение модулей-секций между собой, а также резьбовые соединения и зазор между корпусом и пакетом ступеней герметизируются резиновыми кольцами.
Входной модуль состоит из основания с отверстиями для прохода пластовой жидкости, подшипниковых втулок и сетки, вала с защитными втулками и шлицовой муфты для соединения вала модуля с валом гидрозащиты. При помощи шпилек модуль верхним концом подсоединяется к модулю-секции. Нижний конец входного модуля присоединяется к гидрозащите двигателя.

Электроцентробежный насос (ЭЦН)

Пример условного обозначения ЭЦН:
2УЭЦНМ (К,И,Д,Т) 5-125-1800
Где:
2 - модификация насоса;
У - установка;
Э - электропривод от погружного двигателя;
Ц - центробежный;
Н - насос;
М - модульный;
К, И, Д, Т – соответственно в корозионно-стойком, износостойком, двухопорном и термостойком исполнении. Отсутствие их означает обычное исполнение.
5 – габарит насоса. Выпускаются ЭЦН габарита 5, 5А, 6 для эксплуатации в скважинах с внутренним диаметром соответственно 121,7; 130 и 144 мм;
125 – подача ЭЦН, м3/сут;
1800 – напор, м.

Типы рабочих колес ЭЦН

Существует два типа рабочих колес, которые определяют объем рабочего потока для той или иной конструкции

Центробежные насосы

Разница между двумя типами заключается в том, что лопасти рабочего колеса располагаются под различными углами и каналы прохода жидкости имеют различные размеры и форму.

Центробежные насосы

Лопасти рабочего колеса для смешанного потока наклонены под углом, близким к 45º, поэтому они применяются в насосах большой производительности.

Схема потока в рабочей ступени ЭЦН

Вращение колеса с высокой скоростью выбрасывает жидкость в корпус диффузора.

Рабочее колесо ЭЦН

Центробежный насос создает давление при вращении ряда лопастей рабочего колеса.

При движении рабочего колеса в его всасывающем отверстии создается частичный вакуум (разрежение).

Направляющий аппарат ЭЦН

Диффузор затем преобразует эту кинетическую энергию в потенциальную, создавая давление на выходе насоса.

Центробежные насосы

У рабочего колеса с радиальным потоком (блинообразное колесо) лопасти расположены под углом, близким к 90º, поэтому они применяются в насосах небольшой производительности.

Центробежные насосы

Центробежный насос является многоступенчатым, содержащим определенное количество (в зависимости от применения) рабочих колес с лопастями, расположенных в диффузоре с малым зазором и последовательно смонтированных на валу, с приводом от электродвигателя.

Электрические погружные насосы

Широкий ряд рабочих характеристик и универсальность
Возможность работы в наклонных и горизонтальных скважинах
Наиболее эффективный и экономичный способ по себестоимости нефти

Необходимость извлечения НКТ при замене или ремонте насоса
Ограничения по глубине, газовому фактору и рабочему к.п.д.
Большие объемы газа могут заблокировать насос

Погружные электродвигатели

Погружные двигатели состоят из электродвигателя и гидрозащиты.
Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые двухполюсные погружные унифицированной серии ПЭД в нормальном и коррозионностойком исполнениях, климатического исполнения В, категории размещения 5 работают от сети переменного тока частотой 50 Гц.
Двигатели предназначены для работы в среде пластовой жидкости (смесь нефти и попутной воды в любых пропорциях) с температурой до 110 °С, содержащей:
механические примеси с относительной твердостью частиц не более 5 баллов по шкале Мооса - не более 0,5 г/л;
сероводород: для нормального исполнения - не более 0,01 г/л; для коррозионностойкого исполнения - не более . 1,25 г/л;
свободный газ (по объему) - не более 50%. Гидростатическое давление в зоне работы двигателя не более 20 МПа.

1 - крышка; 2 - головка; 3 - пята; 4 - подпятник; 5 - пробка; 6 - обмотка статора; 7 - втулка; 8 - ротор; 9 - статор; 10 - магнит; 11- фильтр; 12 - колодка; 13 - кабель с наконечником; 14 - кольцо; 15 - кольцо уплотнительное; 16 - корпус; 17,18 - пробка.

Погружные электродвигатели (ПЭД)

ПЭД – маслонаполненные трехфазные асинхронные короткозамкнутые – обычного и корозионно-стойкого исполнения, являются приводом ЭЦН.
Пример условного обозначения ПЭД:
ПЭДУСК-125-117
Где:
ПЭДУ – погруной электродвигатель унифицированный;
С - секционный;
К – корозионностойкий, (при отсутствии – обычное исполнение);
125 – мощность двигателя, кВт;
117 – габарит ПЭД, (наружный диаметр корпуса);

Погружной электродвигатель (ПЭД)

Вал ПЭД

Пакеты ротора

Обмотка статора

Кабельный ввод с колодкой токоввода

Гидрозащита

Предназначена:
для предотвращения проникновения пластовой жидкости в полость ПЭД
Компенсации изменения объема масла во внутренней полости от температуры электродвигателя
Передачи крутящего момента от вала ПЭД к насосу

Гидрозащита погружных электродвигателей

Гидрозащита предназначена для предотвращения проникновения пластовой жидкости во внутреннюю полость электродвигателя, компенсации изменения объема масла во внутренней полости от температуры электродвигателя и передачи крутящего момента от вала электродвигателя к валу насоса. Разработано два варианта конструкций гидрозащит для двигателей унифицированной серии:
открытого типа - П92; ПК92; П114; ПК114 и закрытого типа - П92Д; ПК92Д; (с диафрагмой) П114Д; ПК114Д.
Гидрозащиту выпускают обычного и коррозионностойкого исполнений.

Рис. 5. Гидрозащита открытого (а) и закрытого (б) типов: А - верхняя камера; Б - нижняя камера; 1- головка; 2- верхний ниппель; 3- корпус; 4- средний ниппель; 5- нижний ниппель; 6- основание; 7 - вал; 8 -торцовое уплотнение; 9- соединительная трубка; 10 - диафрагма.

Газосепаратор

Для откачивания пластовой жидкости, содержащей от 25 до 55% (по объему) свободного газа у приемной сетки входного модуля, к насосу подключают модуль - газосепаратор. Газосепаратор устанавливается между входным модулем и модулем -секцией.
Наиболее известны две конструкции газосепараторов:
газосепараторы с противотоком;
центробежные или роторные газосепараторы.
Для первого типа, применяемого в некоторых насосах Reda, при попадании жидкости в газосепаратор, она вынуждена резко менять направление движения. Некоторые газовые пузырьки сепарируются уже на входе в насос. Другая часть, попадая в газосепаратор, поднимается внутри его и выходит из корпуса.
В отечественных установках, а также насосах фирмы Centrilift и Reda, используются роторные газосепараторы, которые работают аналогично центрифуге. Лопатки центрифуги, вращающиеся с частотой 3500 об/мин, вытесняют более тяжелые жидкости на периферию, и далее через переходной канал вверх в насос, тогда как более легкая жидкость (пар) остается около центра и выходит через переходной канал и выпускные каналы обратно в скважину.

1-головка; 2-втулка радиального подшипника; 3- вал; 4- сепаратор; 5-нап- равляющие аппараты; 6-рабочие колеса; 7-корпус; 8-шнек; 9-основание.

Осложнения, вызванные наличием газа на приеме насоса

Пар может создавать в насосе газовую пробку, что приводит к скачкам давления и выходу насоса из строя.

Современные центробежные сепараторы обеспечивают эффективное отделение до 90% несвязанного газа прежде, чем он достигнет насосного блока, что снижает кавитацию в насосе и колебания нагрузки электродвигателя.

Газосепаратор фирмы Centrilift
A Baker Hughes Company

Пар не смазывает подшипники в достаточной степени.

КПД насоса снижается

Если приходится сепарировать газ, то общий КПД лифта скважины уменьшается, поскольку наличие газа существенно повышает КПД НКТ.

Газосепаратор

Кабельная линия

Состоит из основного кабеля и присоединенного к нему удлинителя с муфтой кабельного ввода.
В качестве основного используют кабель марки КПБ(П,К) - кабель полиэтиленовый бронированный плоский и круглый соответственно
В качестве удлинителя – плоский кабель

При конструировании и производстве электрических погружных кабелей учитываются различные факторы:
Электрические характеристики
Физические размеры
Устойчивость к воздействию окружающей среды
Механическая прочность
Температура
Условия обращения

Конструкция кабеля

Выбор наиболее пригодного типа кабеля осуществляется с учетом условий, в которых он будет использоваться и под воздействием которых он будет находиться.
Очень важно изучить все данные и сопоставить их с конкретным режимом каждой скважины с тем, чтобы обеспечить соответствие характеристик выбранного кабеля условиям окружающей среды в скважине.
Наиболее критическими параметрами при выборе кабеля являются температурный режим и состав флюида.

Выбор кабеля

Осложнения при эксплуатации насосов

Скважинные насосы выходят из строя по следующим причинам:

Поток

Приток

Приток

Поверхность

Уровень добываемого флюида

Глубина спуска насоса

Устье скважины

Эффективный вертикальный лифт

1

2

Суммарные потери на трение

Давление на устье скважины

3

Факторы, влияющие на работоспособность УЭЦН, делятся на две основные группы:

Факторы, влияющие на работоспособность УЭЦН, делятся на две основные группы:
Факторы, зависящие от скважинных условий эксплуатации.
Организационные факторы, связанные с контролем работы установки при эксплуатации.
МРП погружного оборудования для добычи нефти, в данном случае – установок электроцентробежных насосов, напрямую зависит от условий, в которых они работают.

Факторы, снижающие надежность УЭЦН

Мехпримеси
Солеотложения
Температура
Кривизна
Газосодержание
Парафиноотложения
Контроль за эксплуатацией

Рабочая зона некоторых типоразмеров УЭЦН при частоте 50Гц (при 60Гц для импортных УЭЦН)

Сравнение рабочих характеристик УЭЦН

Рабочие характеристики
DN5800 (335ст)

Рабочие характеристики
ЭЦНА500-1800

КПД отечественного и импортного оборудования

КПД,%	Отечественные		Импортные
	от	до	от	до
ЭЦН	35	60	45	63
ПЭД	84	85