Опубликован: 30.01.2013 | Уровень: для всех | Доступ: платный | ВУЗ: Томский политехнический университет

Лекция 11: Эксплуатация скважин погружными электроцентробежными насосами

< Лекция 10 || Лекция 11 || Лекция 12 >
Аннотация: 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.

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 10\div1300 м3/сут. и более напором 450\div2000 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 \div 2300 В, сила номинального тока 24,5\div86 А при частоте 50 Гц, частота вращения ротора 3000 мин –1, температура окружающей среды +50 \div +90 \textdegree C.

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.

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

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 50 990\div1980 32\div45
УЭЦНМ5-80 80 900\div1950 32\div63
УЭЦНМК5-80
УЭЦНМ5-125 125 745\div1770 1МНГ5
УЭЦНМК5-125
УЭЦНМ5-200 200 640\div1395 45\div90 1МНГК5
УЭЦНМ5А-160 130,0 124 160 790\div1705 32\div90 МНГА5
УЭЦНМ5А-250 250 795\div1800 45\div90 МНГА5
УЭЦНМК5-250
УЭЦНМ5А-400 400 555\div1255 63\div125 МНГК5А
УЭЦНМК5А-400
УЭЦНМ6-250 144,3 137 250 920\div1840 63\div125
УЭЦНМ6-320 320 755\div1545
УЭЦНМ6-500 144,3 или 148,3 137 или 140,5 500 800\div1425 90\div180
УЭЦНМ6-800 148,3 140,5 800 725\div1100 125\div250
УЭЦНМ6-1000 148,3 140,5 1000 615\div1030 180\div250

Гидравлическая характеристика погружного электроцентробежного насоса (ПЭЦН) "мягкая", дается заводом-изготовителем при работе насоса на воде плотностью \rho = 1000 кг/м3 (количество ступеней – 100) и представляет собой зависимости (рис. 10.2): напора H от подачи Q (H = f (Q)); коэффициента полезного действия КПД – \eta от Q (\eta = f (Q) ); мощности N от Q (на рисунке не показано). При закрытой задвижке и подаче Q = 0, насос развивает максимальный напор Hmax (кривая 1). В этом случае КПД равен нулю. Если насос работает без подъема жидкости (H = 0, \eta = 0), подача его максимальна (Q_{max} ).

Гидравлическая характеристика ПЭЦН

Рис. 10.2. Гидравлическая характеристика ПЭЦН

Наиболее целесообразная область работы насоса – зона максимального КПД (кривая 2). Значение \eta_{max} достигает 0,5 \div 0,6. Режим эксплуатации насоса, когда напор H_{опт} и подачи Q_{опт} соответствуют точке с максимальным КПД, называют оптимальным (точка М).

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) (H = f (Q)) .

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 \eta_M \geqslant (0,8 - 0,85) \eta_{max}. 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 N 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 \div 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.

< Лекция 10 || Лекция 11 || Лекция 12 >
Юрий Штырлов
Юрий Штырлов

как просмотреть ответы, которые сдал экстерном. 

олег никитин
олег никитин