Лекция 11: Эксплуатация скважин погружными электроцентробежными насосами

Недостатками штанговых насосов является ограниченность глубины их подвески и малая подача нефти из скважин.

На заключительной стадии эксплуатации вместе с нефтью из скважин поступает большое количество пластовой воды, применение штанговых насосов становится малоэффективным. Этих недостатков лишены установки погружных электронасосов УЭЦН (рис. 10.1, рис. 10.1).

Погружные насосы – это малогабаритные (по диаметру) центробежные, секционные, многоступенчатые насосы с приводом от электродвигателя. Обеспечивают подачу 101300 м³/сут. и более напором 4502000 м.вод.ст. (до 3000 м).

В зависимости от поперечного размера погружного агрегата, УЭЦН делят на три условные группы: 5, 5А и 6 с диаметрами соответственно 93, 103, 114 мм, предназначенные для эксплуатационных колонн соответственно не менее 121,7; 130; 114,3 мм.

Основные технические характеристики УЭЦН отражены в их шифрах.

Электродвигатели в установках применяются асинхронные, трехфазные с короткозамкнутым ротором вертикального исполнения ПЭД40-103 – обозначает: погружной электродвигатель, мощностью 40 кВт, диаметром 103 мм. Двигатель заполняется специальным маловязким, высокой диэлектрической прочности маслом, служащим для охлаждения и смазки.

Для погружных электродвигателей напряжение составляет 380 2300 В, сила номинального тока 24,586 А при частоте 50 Гц, частота вращения ротора 3000 мин ^–1, температура окружающей среды +50 +90 .

Модуль-секция насос – центробежный многоступенчатый, секционный. Число ступеней в насосном агрегате может составлять от 220 до 400.

При откачивании пластовой жидкости, содержащей у сетки входного модуля насоса свыше 25 % (до 55 %) по объему свободного газа, к насосу подсоединяется газосепаратор, который отводит в затрубное пространство часть газа из пластовой жидкости и улучшает работу насоса.

Рис. 10.1. Общая схема установки погружного центробежного насоса: 1 – маслозаполненный электродвигатель ПЭД; 2 – звено гидрозащиты или протектор; 3 – приемная сетка насоса для забора жидкости; 4 – многоступенчатый центробежный насос ПЦЭН; 5 – НКТ; 6 – бронированный трехжильный электрокабель; 7 – пояски для крепления кабеля к НКТ; 8 – устьевая арматура; 9 – барабан для намотки кабеля при спуско-подъемных работах и хранения некоторого запаса кабеля; 10 – трансформатор или автотрансформатор; 11 – станция управления с автоматикой; 12 – компенсатор

Таблица 10.1. Виды установок погружных электронасосов

Наименование установок	Минимальный (внутр.) диаметр эксплуатационн ой колонны	Поперечный габарит установки, мм	Подача, м3/сут	Напор, м	Мощность двигателя, кВт	Тип газосепаратора
УЭЦНМ5-50	121,7	112	50	9901980	3245
УЭЦНМ5-80			80	9001950	3263
УЭЦНМК5-80
УЭЦНМ5-125			125	7451770		1МНГ5
УЭЦНМК5-125
УЭЦНМ5-200			200	6401395	4590	1МНГК5
УЭЦНМ5А-160	130,0	124	160	7901705	3290	МНГА5
УЭЦНМ5А-250			250	7951800	4590	МНГА5
УЭЦНМК5-250
УЭЦНМ5А-400			400	5551255	63125	МНГК5А
УЭЦНМК5А-400
УЭЦНМ6-250	144,3	137	250	9201840	63125
УЭЦНМ6-320			320	7551545
УЭЦНМ6-500	144,3 или 148,3	137 или 140,5	500	8001425	90180
УЭЦНМ6-800	148,3	140,5	800	7251100	125250
УЭЦНМ6-1000	148,3	140,5	1000	6151030	180250

Гидравлическая характеристика погружного электроцентробежного насоса (ПЭЦН) "мягкая", дается заводом-изготовителем при работе насоса на воде плотностью = 1000 кг/м³ (количество ступеней – 100) и представляет собой зависимости (рис. 10.2): напора от подачи (); коэффициента полезного действия КПД – от ( ); мощности от (на рисунке не показано). При закрытой задвижке и подаче , насос развивает максимальный напор Hmax (кривая 1). В этом случае КПД равен нулю. Если насос работает без подъема жидкости (, ), подача его максимальна ( ).

Рис. 10.2. Гидравлическая характеристика ПЭЦН

Наиболее целесообразная область работы насоса – зона максимального КПД (кривая 2). Значение достигает 0,5 0,6. Режим эксплуатации насоса, когда напор и подачи соответствуют точке с максимальным КПД, называют оптимальным (точка ).

Под режимом эксплуатации насоса понимается пересечение гидравлической характеристики насоса (кривая 1) с его "внешней сетью", в данном случае гидродинамической характеристикой скважины (кривая 3).

Под гидродинамической характеристикой скважины понимается совокупная характеристика работы пласта и подъемника, которая выражается графической зависимостью напора (давления) в функции дебита (подачи) () .

Задача рационального выбора компоновки УЭЦН сводится к подбору такого режима насоса, когда пересечение кривых 1 и 3 будет находиться в "рабочей зоне", которая лежит на кривой 1, где . Регулирование режима возможно как изменением характеристики насоса (изменением числа оборотов, изменением числа ступеней и др.), так и изменением характеристики "внешней сети" (изменением диаметра НКТ, применением штуцеров и др.).

Погружной насос, электродвигатель, гидрозащита соединяются между собой фланцами и шпильками. Валы насоса двигателя и гидрозащита имеют на концах шлицы и соединяются между собой шлицевыми муфтами.

Гидрозащита предназначена для защиты ПЭД от проникновения в его полость пластовой жидкости и смазки сальника насоса и состоит из протектора и компенсатора.

Кабель с поверхности до погружного агрегата подводят питающий, полиэтиленовый бронированный (эластичная стальная оцинкованная лента) круглый кабель (типа КГБК), а в пределах погружного агрегата – плоский типа (КПБП).

Станция управления обеспечивает включение и отключение установки, самозапуск после появления исчезнувшего напряжения и аварийное отключение (перегрузки, короткое замыкание, колебания давления, отсутствие притока и др.).

Станции управления (ШГС-5804 для двигателей с мощностью IV до 100 кВт, КУПНА-79 для двигателей с больше 100 кВт). Они имеют ручное и автоматическое управление, дистанционное управление с диспетчерского пункта, работают по программе.

Имеется отсекатель манифольдного типа РОМ-1, который перекрывает выкидную линию при повышении или резком снижении давления (вследствие прорыва трубопровода).

Трансформаторы регулируют напряжение питания с учетом потерь в кабеле (25 125 В на 1000 м).

Погружные винтовые и гидропоршневые насосы. Это новые виды погружных насосов.

Винтовой насос – это тоже погружной насос с приводом от электродвигателя, но жидкость в насосе перемещается за счет вращения ротора-винта. Особенно эффективны насосы этого типа при извлечении из скважин нефтей с повышенной вязкостью.

Применяются насосы с приводом на устье скважин, производительность которых до 185 м³/сут.; напор до 1830 м.

Гидропоршневой насос – это погружной насос, приводимый в действие потоком жидкости, подаваемой в скважину с поверхности насосной установкой. При этом в скважину опускают два ряда концентрических труб диаметром 63 и 102 мм. Насос опускают в скважину внутрь трубы диаметром 63 мм и давлением жидкости прижимают к посадочному седлу, находящемуся в конце этой трубы. Поступающая с поверхности жидкость приводит в движение поршень двигателя, а вместе с ним и поршень насоса. Поршень насоса откачивает жидкость из скважины и вместе с рабочей жидкостью подает ее по межтрубному пространству на поверхность.