В комплект погружной установки (рисунок 2.1) для добычи нефти входят электродвигатель с гидрозащитой, насос, кабельная линия, наземное электрооборудование. Насос приводится в действие электродвигателем и обеспечивает подачу пластовой жидкости из скважины по НКТ на поверхность в трубопровод.
Кабельная линия обеспечивает подвод электроэнергии к электродвигателю, соединяется с электродвигателем при помощи муфты кабельного ввода. Установки имеют следующие исполнения: обычное, коррозионно-стойкое, износостойкое, термостойкое.
Пример условного обозначения: 2УЭЦНМ(К, И,Д, Т) 5-125-1200,
где: 2 - модификация насоса; У - установка;
3- электропривод от погружного двигателя;
Ц - центробежный; Н - насос;
М - модульный;
К, И, Д, Т - соответственно в коррозионно-стойком, износостойком, двухопорном и термостойком исполнении; 5 - группа насоса.
Выпускаются установки групп 5, 5А, 6 для эксплуатации в скважинах с внутренним диаметром соответственно не менее 121,7; 130и 144 мм;
125 - подача, м 3 /сут.; 1200- напор, м.
Установка скважинного центробежного электронасоса состоит из насосного агрегата, кабельной линии, колонны НКТ, оборудования устья скважины и наземного оборудования.
Рисунок 2.1 - Схема установки ЭЦН:
1 - электродвигатель с гидрозащитой, 2 - насос, 3 - кабельная линия, 4 - НКТ, 5 - металлические пояса, 6 - оборудование устья, 7 - станция управления, 8 - трансформатор.
Таблица 2.3 - Техническая характеристика УЭЦН
|
Установка |
Номинальная подача, м3/сут |
|||||
|
Подача, м3/сут |
Число ступеней /секций |
|||||
|
У2ЭЦН5-40-1400 УЭЦН5-40-1750 У2ЭЦН5-80-1200 У3ЭЦН5-130-1200 У2ЭЦН5-200-800 УЭЦНК5-80-1200 УЭЦНК5-80-1550 УЭЦНК5-130-1400 |
|
|
|
|||
|
Группа 5А |
||||||
|
У1ЭЦН5А-100-1350 У1ЭЦН5А-160-1100 У2ЭЦН5А-160-1400 УЭЦН5А-160-1750 У1ЭЦН5А-250-800 У1ЭЦН5А-250-1000 У1ЭЦН5А-250-1400 У1ЭЦН5А-360-600 У2ЭЦН5А-360-700 У2ЭЦН5А-360-850 У2ЭЦН5А-360-1100 У1ЭЦН5А-500-800 |
|
|
|
|||
|
У1ЭЦН6-100-1500 У2ЭЦН6-160-1450 У4ЭЦН6-250-1050 У2ЭЦН6-250-1400 УЭЦН6-250-1600 У2ЭЦН6-350-850 УЭЦН6-350-1100 У2ЭЦН6-500-750 |
|
|
|
|||
|
Группа 6А |
||||||
|
У1ЭЦН6-500-1100 У1ЭЦН6-700-800 У2ЭЦНИ6-350-1100 У2ЭЦНИ6-500-750 |
|
|
|
Насосный агрегат, состоящий из многоступенчатого центробежного насоса (рисунок 2.2), электродвигателя с гидрозащитой, спускается в скважину на НКТ под уровень жидкости. Питание электроэнергией погружного электродвигателя (ПЭД) осуществляется по кабельной линии, которая крепится к НКТ металлическими поясами. На длине насоса и протектора кабель выполнен (в целях уменьшения габарита) плоским. Над насосом через две НКТ устанавливается обратный клапан, выше него на одну трубу - сбивной.
Обратный клапан предназначен для предотвращения обратного вращения ротора насоса под воздействием столба жидкости в колонне НКТ при остановках, а также для определения герметичности колонны НКТ.
Сбивной клапан служит для слива жидкости из колонны НКТ при подъеме установки из скважины и для облегчения глушения скважины. Для откачивания пластовой жидкости, содержащей свободный газ на приеме насоса от 15 до 55 % используется газосепаратор. ЭЦН откачивает пластовую жидкость из скважины и подает ее на поверхность по колонне НКТ. Насосы выполняются одно-, двух-, трех- и четырехсекционные.
Рабочие колеса и направляющие аппараты насосов обычного исполнения изготавливают из серого чугуна, насосов коррозионно-стойкого исполнения - из модифицированного чугуна типа "ни резист"**.
Рабочие колеса насосов обычного исполнения могут изготавливаться из полиакриламида или из углепластиковой массы. Насосы в износостойком исполнении отличаются использованием более твердых и износостойких материалов в парах трения, установкой промежуточных радиальных подшипников по длине насоса, использованием рабочих органов насосов двух опорных конструкций и др.
Рисунок 2.2 - Электроцентробежный насос:
1 - упаковочная пробка; 2 - нарезка для захвата ловильным инструментом; 3 - верхний переводник (ловильная головка); 4 - дистанционное кольцо; 5 - верхняя пята; 6- верхний подшипник; 7 - гайка (ниппель); 8 - вал; 9 - шпонка; 10 - рабочее колесо; 11 - направляющий аппарат; 12 - текстолитовая шайба; 13 - корпус насоса; 14 - сальник; 15 - сетка; 16 - радиально-упорный подшипник; 17 - упаковочная крышка; 18 - ребра для защиты плоского кабеля.
Погружные электродвигатели (рисунок 2.3) - маслонаполненные трехфазные асинхронные короткозамкнутые - обычного и коррозионно-стойкого исполнения являются приводом погружного ЭЦН.
Рисунок 2.3 - Электродвигатель:
1 - вал; 2 - плоский кабель; 3 - штепсельная муфта; 4 - выводные концы обмотки статора; 5 - обмотка статора; 6 - корпус статора; 7 - промежуточный подшипник; 8 - немагнитный пакет статора; 9 - активный пакет статора; 10 - ротор двигателя; 11 - масляный фильтр; 12 - отверстие внутри вала для циркуляции масла; 13- обратный клапан для заполнения двигателя маслом; 14 - отстойник; 15 - турбинка для циркуляции масла; 16 - опорная тяга.
Пример условного обозначения двигателя: ПЭДУСК-125-117,
где ПЭДУ - погружной электродвигатель унифицированный;
С - секционный (отсутствие буквы -- несекционный);
К- коррозионно-стойкий (отсутствие буквы -- обычное исполнение);
125 - мощность двигателя, кВт; 117 - диаметр корпуса, мм.
Гидрозащита (рисунок 2.4 и 2.5) 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 ПЭД к валу насоса.
Рисунок 2.4 - Гидрозащита типа К:
а - камера густого масла;
б - камера жидкого масла;
в - густое масло;
г - жидкое масло;
д и е - скопление воздуха;
- 1 -- пробка перепускного клапана;
- 2 и 8 - втулки;
- 3 - поршень;
- 4 - пружина;
- 5 - пайка;
- 6- резиновое уплотнительное кольцо;
- 7 - пробка;
- 9, 14, 24 - подшипники;
- 10, 15 - обратные клапаны;
- 11, 13 - отверстия;
- 12 - трубка;
- 16 - пластовая жидкость;
- 17 - обсадная колонна;
- 18 - камера упорного подшипника насоса;
- 19 - ниппель;
- 20 - головка;
- 21- основание;
- 22 - корпус сальника;
- 23 - вал протектора
Рисунок 2.5 - Гидрозащита типа ГД:
а - протектор; б - компенсатор; 1, 5, 11 - подшипники; 2 - торцовое уплотнение; 3, 9, 13 - пробки; 4 - пяты; 7 - диафрагма протектора; 10 - лопастное колесо; 12 - клапан; 14 - кожух компенсатора; 15 - диафрагма компенсатора.
Кабельная линия состоит из основного кабеля и присоединенного к нему удлинителя с муфтой кабельного ввода. В качестве основного используют кабель марки КПБП (кабель полиэтиленовый бронированный плоский) или КПБК (круглый), в качестве удлинителя -- плоский кабель. Поперечное сечение жил основного кабеля равно 10, 16 и 25 мм 2 , а кабельного удлинителя -- 6 и 10 мм 2 .
Условия работы для кабелей КПБК и КПБП: допустимое давление пластовой жидкости 19,6 МПа; газовый фактор 180 м 3 /т; температура воздуха от -60 до +45°С; температура пластовой жидкости 90°С в статическом положении.
Таблица 2.4. Кабель, используемый на месторождениях ОАО «Газпром-нефть».
|
Марка кабеля |
Диаметр жилы с изоляцией |
Максимальный наружный размер кабеля |
|
Кабель с полиэтиленовой изоляцией жил |
||
|
Кабель с полипропиленовой изоляцией жил |
||
|
КПБПТ 3х13 |
||
 |
||
|
КПБПТ 3х16 |
||
|
Кабель с полипропиленовой изоляцией и эмалированной жилой |
||
|
КЭПБПТ 3х13 |
||
|
КЭПБТ 3х16 |
||
|
КЭПБТ 3х16 |
Оборудование устья (рисунок 2.6) скважины обеспечивает подвеску на фланце обсадной колонны НКТ с погружным агрегатом и кабелем, герметизацию труб и кабеля, а также отвод откачиваемой жидкости в выкидной трубопровод.
Рисунок 2.6 - Арматура фонтанная АФК1 - 65х21 СУ-10:
1- корпус, 2- задвижка, 3- заглушка, 4- вентиль, 5- манометр, 6- фланец под приварку, 7- клапан обратный, 8- пробка, 9- фланец-трубодержатель, 10- тройник, 11- переходник, 12- пробка.
Комбинированный кабельный (рисунок 2.7) ввод предназначен для надежной герметизации провода кабеля идущего от электродвигателя к клеммной коробке, при выходе из фонтанной арматуры.
Рисунок 2.7 - Кабельный ввод:
1 - ствол, 2 - корпус, 3 - крышка, 4 - шпилька, 5, 9, 10 - прокладка, 6 - уплотнение, 7 - манжета, 8 - болт, 11 - гайка, 12, 14 - кольцо, 13 - штуцер.
Наземное оборудование включает станцию управления (или комплектное устройство) и трансформатор. Станция управления или комплектное устройство обеспечивает возможность как ручного, так и автоматического управления. На станции управления установлены приборы, регистрирующие работу электронасоса и предохраняющие установку от аварий при нарушении его нормальной работы, а также при неисправности кабельной линии.
Трансформатор предназначен для подачи необходимого напряжения на обмотки статора погружного электродвигателя с учетом падения напряжения в кабельной линии в зависимости от глубины спуска электронасоса.
Согласно действующим инструкциям по эксплуатации, УЭЦН обычного исполнения рекомендуется применять при следующих условиях:
- *откачиваемая среда -- продукция нефтяных скважин;
- *содержание свободного газа на приеме насоса не более 15 % по объему
- *для установок без газосепараторов, и не более 55 %
- *для установок с газосепаратором;
- *массовая концентрация твердых частиц не более 100 мг/литр с микротвердостью не более 5 баллов по шкале Мооса;
- *температура откачиваемой жидкости в зоне работы насоса не более
- 90 0 С;
- *темп набора кривизны скважины от устья глубины спуска насоса не
более 2° на 10 метров;
- *темп набора кривизны скважины в зоне подвески насоса не более 3 минут на 10 метров;
- *максимальный угол наклона скважин от вертикали в зоне подвески насоса не более 40°.
Твердость кварцевого песка по шкале Мооса составляет 7, т.е. попадание песка на прием насоса для установок обычного исполнения недопустимо.
Область применения УЭЦН - это высокодебитные обводненные, глубокие и наклонные скважины с дебитом 10 ¸ 1300 м3/сут и высотой подъема 500 ¸ 2000 м. Межремонтный период УЭЦН составляет до 320 суток и более.
Установки погружных центробежных насосов в модульном исполнении типов УЭЦНМ и УЭЦНМК предназначены для откачки продукции нефтяных скважин, содержащих нефть, воду, газ и механические примеси. Установки типа УЭЦНМ имеют обычное исполнение, а типа УЭЦНМК - коррозионностойкое.
Установка (рисунок 24) состоит из погружного насосного агрегата, кабельной линии, спускаемой в скважину на насосно-компрессорных трубах, и наземного электрооборудования (трансформаторной подстанции).
Погружной насосный агрегат включает в себя двигатель (электродвигатель с гидрозащитой) и насос, над которым устанавливают обратный и сливной клапаны.
В зависимости от максимального поперечного габарита погружного агрегата установки разделяют на три условные группы - 5; 5А и 6:
· установки группы 5 поперечным габаритом 112 мм применяют в скважинах с колонной обсадных труб внутренним диаметром не менее 121.7 мм;
· установки группы 5А поперечным габаритом 124 мм - в скважинах внутренним диаметром не менее 130 мм;
· установки группы 6 поперечным габаритом 140.5 мм - в скважинах внутренним диаметром не менее 148.3 мм.
Условия применимости УЭЦН по перекачиваемым средам: жидкость с содержанием механических примесей не более 0.5 г/л, свободного газа на приеме насоса не более 25 %; сероводорода не более 1.25 г/л; воды не более 99 %; водородный показатель (рН) пластовой воды в пределах 6 ¸ 8.5. Температура в зоне размещения электродвигателя не более + 90 ˚С (специального теплостойкого исполнения до + 140 ˚С).
Пример шифра установок - УЭЦНМК5-125-1300 означает: УЭЦНМК - установка электроцентробежного насоса модульного и коррозионно-стойкого исполнения; 5 - группа насоса; 125 - подача, м3/сут; 1300 - развиваемый напор, м вод. ст.
Рисунок 24 - Установка погружного центробежного насоса
1 - оборудование устья скважин; 2 - пункт подключательный выносной; 3 - трансформаторная комплексная подстанция; 4 - клапан спускной; 5 - клапан обратный; 6 - модуль-головка; 7 - кабель; 8 - модуль-секция; 9 - модуль насосный газосепараторный; 10 - модуль исходный; 11 - протектор; 12 - электродвигатель; 13 - система термоманометрическая.
На рисунке 24 представлена схема установки погружных центробежных насосов в модульном исполнении, представляющая новое поколение оборудования этого типа, что позволяет индивидуально подбирать оптимальную компоновку установки к скважинам в соответствии с их параметрами из небольшого числа взаимозаменяемых модулей.Установки (на рисунке 24 - схема НПО «Борец», г. Москва) обеспечивают оптимальный подбор насоса к скважине, что достигается наличием для каждой подачи большого количества напоров. Шаг напоров установок составляет от 50 ¸ 100 до 200 ¸ 250 м в зависимости от подачи в интервалах, указанных в таблице 6 основных данных установок.
Выпускаемые серийно УЭЦН имеют длину от 15.5 до 39.2 м и массу от 626 до 2541 кг в зависимости от числа модулей (секций) и их параметров.
В современных установках может быть включено от 2 до 4 модулей-секций. В корпус секции вставляется пакет ступеней, представляющий собой собранные на валу рабочие колеса и направляющие аппараты. Число ступеней колеблется в пределах 152 ¸ 393. Входной модуль представляет основание насоса с приемными отверстиями и фильтром-сеткой, через которые жидкость из скважины поступает в насос. В верхней части насоса ловильная головка с обратным клапаном, к которой крепятся НКТ.
Таблица 6
|
Наименование установок |
Минимальный (внутренний) диаметр эксп-луатационной колонны, мм |
Попереч-ный габарит установки, мм |
Подача м3/сут |
Мощность двигателя, кВт |
Тип газосепаратора |
|
|
УЭЦНМК5-80 |
||||||
|
УЭЦНМК5-125 |
||||||
|
УЭЦНМ5А-160 |
||||||
|
УЭЦНМ5А-250 |
||||||
|
УЭЦНМК5-250 |
||||||
|
УЭЦНМ5А-400 |
||||||
|
УЭЦНМК5А-400 |
||||||
|
144.3 или 148.3 |
137 или 140.5 |
|||||
|
УЭЦНМ6-1000 |
Насос (ЭЦНМ) - погружной центробежный модульный многоступенчатый вертикального исполнения.
Насосы также подразделяют на три условные группы - 5; 5А и 6. Диаметры корпусов группы 5 ¸ 92 мм, группы 5А - 103 мм, группы 6 - 114 мм.
Модуль-секция насоса (рисунок 25) состоит из корпуса 1 , вала 2 , пакетов ступеней (рабочих колес - 3 и направляющих аппаратов - 4 ), верхнего подшипника 5 , нижнего подшипника 6 , верхней осевой опоры 7 , головки 8 , основания 9 , двух ребер 10 (служат для защиты кабеля от механических повреждений) и резиновых колец 11 , 12 , 13 .
Рабочие колеса свободно передвигаются по валу в осевом направлении и ограничены в перемещении нижним, и верхним направляющими аппаратами. Осевое усилие от рабочего колеса передается на нижнее текстолитовое кольцо и затем на бурт направляющего аппарата. Частично осевое усилие передается валу вследствие трения колеса о вал или прихвата колеса к валу при отложении солей в зазоре или коррозии металлов. Крутящий момент передается от вала к колесам латунной (Л62) шпонкой, входящей в паз рабочего колеса. Шпонка расположена по всей длине сборки колес и состоит из отрезков длиною 400 - 1000 мм.
Рисунок 25 - Модуль‑секция насос
1 - корпус; 2 - вал; 3 - колесо рабочее; 4 - аппарат направляющий; 5 - подшипник верхний; 6 - подшипник нижний; 7 - опора осевая верхняя; 8 - головка; 9 - основание; 10 - ребро; 11 , 12 , 13 - кольца резиновые.
Направляющие аппараты сочленяются между собой по периферийным частям, в нижней части корпуса они все опираются на нижний подшипник 6 (рисунок 25) и основание 9 , а сверху через корпус верхнего подшипника зажаты в корпусе.
Рабочие колеса и направляющие аппараты насосов обычного исполнения изготавливаются из модифицированного серого чугуна и радиационно модифицированного полиамида, насосов коррозионно-стойкого исполнения - из модифицированного чугуна ЦН16Д71ХШ типа «нирезист».
Валы модулей секций и входных модулей для насосов обычного исполнения изготавливаются из комбинированной коррозионно-стойкой высокопрочной стали ОЗХ14Н7В и имеют на торце маркировку «НЖ» для насосов повышенной коррозионной стойкости - из калиброванных прутков из сплава Н65Д29ЮТ-ИШ-К-монель и имеют на торцах маркировку «М».
Валы модулей-секций всех групп насосов, имеющих одинаковые длины корпусов 3, 4 и 5 м, унифицированы.
Соединение валов модулей-секций между собой, модуля секции с валом входного модуля (или вала газосепаратора), вала входного модуля свалом гидрозащиты двигателя осуществляется при помощи шлицевых муфт.
Соединение модулей между собой и входного модуля с двигателем - фланцевое. Уплотнение соединений (кроме соединения входного модуля с двигателем и входного модуля с газосепаратором) осуществляется резиновыми кольцами.
Для откачивания пластовой жидкости, содержащей у сетки входного модуля насоса свыше 25 % (до 55 %) по объему свободного газа, к насосу подсоединяется модуль насосный - газосепаратор (рисунок 26).
Рисунок 26 - Газосепаратор
1 - головка; 2 - переводник; 3 - сепаратор; 4 - корпус; 5 - вал; 6 - решетка; 7 - направляющий аппарат; 8 - рабочее колесо; 9 - шнек; 10 - подшипник; 11 - основание.
Газосепаратор устанавливается между входным модулем и модулем-секцией. Наиболее эффективны газосепараторы центробежного типа, в которых фазы разделяются в поле центробежных сил. При этом жидкость концентрируется в периферийной части, а газ - в центральной части газосепаратора и выбрасывается в затрубное пространство. Газосепараторы серии МНГ имеют предельную подачу 250 ¸ 500 м3/сут., коэффициент сепарации 90 %, массу от 26 до 42 кг.
Двигатель погружного насосного агрегата состоит из электродвигателя и гидрозащиты. Электродвигатели (рисунок 27) погружные трехфазные коротко замкнутые двухполюсные маслонаполненные обычного и коррозионно-стойкого исполнения унифицированной серии ПЭДУ и в обычном исполнении серии ПЭД модернизации Л. Гидростатическое давление в зоне работы не более 20 МПа. Номинальная мощность от 16 до 360 кВт, номинальное напряжение 530 ¸ 2300 В, номинальный ток 26 ¸ 122.5 А.
Рисунок 27 - Электродвигатель серии ПЭДУ
1 - соединительная муфта; 2 - крышка; 3 - головка; 4 - пятка; 5 - подпятник; 6 - крышка кабельного ввода; 7 - пробка; 8 - колодка кабельного ввода; 9 - ротор; 10 - статор; 11 - фильтр; 12 - основание.
Гидрозащита (рисунок 28) двигателей ПЭД 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.
Рисунок 28 - Гидрозащита
а - открытого типа; б - закрытого типа
А - верхняя камера; Б - нижняя камера; 1 - головка; 2 - торцевое уплотнение; 3 - верхний ниппель; 4 - корпус; 5 - средний ниппель; 6 - вал; 7 - нижний ниппель; 8 - основание; 9 - соединительная трубка; 10 - диафрагма.
Гидрозащита состоит либо из одного протектора, либо из протектора и компенсатора. Могут быть три варианта исполнения гидрозащиты.
Первый состоит из протекторов П92, ПК92 и П114 (открытого типа) из двух камер. Верхняя камера заполнена тяжелой барьерной жидкостью (плотность до 2 г/см3, не смешиваемая с пластовой жидкостью и маслом), нижняя - маслом МА‑ПЭД, что и полость электродвигателя. Камеры сообщены трубкой. Изменения объемов жидкого диэлектрика в двигателе компенсируются за счет переноса барьерной жидкости в гидрозащите из одной камеры в другую.
Второй состоит из протекторов П92Д, ПК92Д и П114Д (закрытого типа), в которых применяются резиновые диафрагмы, их эластичность компенсирует изменение объема жидкого диэлектрика в двигателе.
Третий - гидрозащита 1Г51М и 1Г62 состоит из протектора, размещенного над электродвигателем и компенсатора, присоединяемого к нижней части электродвигателя. Система торцевых уплотнений обеспечивает защиту от попадания пластовой жидкости по валу внутрь электродвигателя. Передаваемая мощность гидрозащит 125 ¸ 250 кВт, масса 53 ¸ 59 кг.
Система термоманометрическая ТМС-3 предназначена для автоматического контроля за работой погружного центробежного насоса и его защиты от аномальных режимов работы (при пониженном давлении на приеме насоса и повышенной температуре погружного электродвигателя) в процессе эксплуатации скважин. Имеется подземная и наземная части. Диапазон контролируемого давления от 0 до 20 МПа. Диапазон рабочих температур от 25 до 105 ˚С.
Масса общая 10.2 кг (см. рисунок 24).
Кабельная линия представляет собой кабель в сборе, намотанный на кабельный барабан.
Кабель в сборе состоит из основного кабеля - круглого ПКБК (кабель, полиэтиленовая изоляция, бронированный, круглый) или плоского - КПБП (рисунок 29), присоединенного к нему плоского кабеля с муфтой кабельного ввода (удлинитель с муфтой).
Рисунок 29 - Кабели
а - круглый; б - плоский; 1 - жила; 2 - изоляция; 3 - оболочка; 4 - подушка; 5 - броня.
Кабель состоит из трех жил, каждая из которых имеет слой изоляции и оболочку; подушки из прорезиненной ткани и брони. Три изолированные жилы круглого кабеля скручены по винтовой линии, а жилы плоского кабеля - уложены параллельно в один ряд.
Кабель КФСБ с фторопластовой изоляцией предназначен для эксплуатации при температуре окружающей среды до + 160 ˚С.
Кабель в сборе имеет унифицированную муфту кабельного ввода К38 (К46) круглого типа. В металлическом корпусе муфты герметично заделаны изолированные жилы плоского кабеля с помощью резинового уплотнителя.
К токопроводящим жилам прикреплены штепсельные наконечники.
Круглый кабель имеет диаметр от 25 до 44 мм. Размер плоского кабеля от 10.1х25.7 до 19.7х52.3 мм. Номинальная строительная длина 850, 1000 ¸ 1800 м.
Комплектные устройства типа ШГС5805 обеспечивают включение и выключение погружных двигателей, дистанционное управление с диспетчерского пункта и программное управление, работу в ручном и автоматическом режимах, отключение при перегрузке и отклонении напряжения питающей сети выше 10 % или ниже 15 % от номинального, контроль тока и напряжения, а также наружную световую сигнализацию об аварийном отключении (в том числе со встроенной термометрической системой).
Комплексная трансформаторная подстанция погружных насосов - КТППН предназначена для питания электроэнергией и защиты электродвигателей погружных насосов из одиночных скважин мощностью 16 ¸ 125 кВт включительно. Номинальное высокое напряжение 6 или 10 кВ, пределы регулирования среднего напряжения от 1208 до 444 В (трансформатор ТМПН100) и от 2406 до 1652 В (ТМПН160). Масса с трансформатором 2705 кг.
Комплектная трансформаторная подстанция КТППНКС предназначена для электроснабжения, управления и защиты четырех центробежных электронасосов с электродвигателями 16 ¸ 125 кВт для добычи нефти в кустах скважин, питания до четырех электродвигателей станков-качалок и передвижных токоприемников при выполнении ремонтных работ. КТППНКС рассчитана на применение в условиях Крайнего Севера и Западной Сибири.
В комплект поставки установки входят: насос, кабель в сборе, двигатель, трансформатор, комплектная трансформаторная подстанция, комплектное устройство, газосепаратор и комплект инструмента.
Схема УЭЦН
УЭЦН – установка электроцентробежного насоса, в английском варианте - ESP (electric submersible pump). По количеству скважин, в которых работают такие насосы, они уступают установкам ШГН, но зато по объемам добычи нефти, которая добывается с их помощью, УЭЦН вне конкуренции. С помощью УЭЦН добывается порядка 80% всей нефти в России.
В общем и целом УЭЦН - обычный насосный агрегат, только тонкий и длинный. И умеет работать в среде отличающейся своей агрессивностью к присутствующим в ней механизмам. Состоит он из погружного насосного агрегата (электродвигатель с гидрозащитой + насос), кабельной линии, колонны НКТ, оборудования устья скважины и наземного оборудования (трансформатора и станции управления).
Основные узлы УЭЦН:
ЭЦН (электроцентробежный насос) – ключевой элемент установки, который собственно и осуществляет подъем жидкости из скважины на поверхность. Состоит он из секций, которые в свою очередь состоят из ступеней (направляющих аппаратов) и большого числа рабочих колес собранных на валу и заключенных в стальной корпус (трубу). Основные характеристики ЭЦН – это дебит и напор, поэтому в названии каждого насоса присутствуют эти параметры. Например, ЭЦН-60-1200 перекачивает 60 м 3 /сут жидкости с напором 1200 метров.
ПЭД (погружной электродвигатель) – второй по важности элемент. Представляет собой асинхронный электродвигатель, заполненный специальным маслом.
Протектор (или гидрозащита) – элемент, расположенный между электродвигателем и насосом. Отделяет электродвигатель, заполненный маслом от насоса заполненного пластовой жидкостью и при этом передает вращение от двигателя к насосу.
Кабель , с помощью которого к погружному электродвигателю подводится электроэнергия. Кабель бронированный. На поверхности и до глубины спуска насоса он круглого сечения (КРБК), а на участке погружного агрегата вдоль насоса и гидрозащиты - плоский (КПБК).
Дополнительное оборудование:
Газосепаратор – используется для снижения количества газа на входе в насос. Если необходимости в снижении количества газа нет, то используется простой входной модуль, через который в насос поступает скважинная жидкость.
ТМС – термоманометрическая система. Градусник и манометр в одном лице. Выдает нам на поверхность данные о температуре и давлении той среды, в которой работает спущенный в скважину ЭЦН.
Вся эта установка собирается непосредственно при ее спуске в скважину. Собирается последовательно снизу вверх не забывая про кабель, который пристегивается к самой установке и к НКТ, на которых все это и висит, специальными металлическими поясами. На поверхности кабель запитывается на устанавливаемые вблизи куста повышающий трансформатор (ТМПН) и станцию управления.
Помимо уже перечисленных узлов в колонне насосно-компрессорных труб над электроцентробежным насосом устанавливаются обратный и сливной клапаны.
Обратный клапан (КОШ - клапан обратный шариковый) используется для заполнения насосно-компрессорных труб жидкостью перед пуском насоса. Он же не позволяет жидкости сливаться вниз при остановках насоса. Во время работы насоса обратный клапан находится в открытом положении под действием давления снизу.
Над обратным клапаном монтируется сливной клапан (КС) , который используется для спуска жидкости из НКТ перед подъемом насоса из скважины.
Электроцентробежные погружные насосы имеют значительные преимущества перед глубинными штанговыми насосами:
- Простота наземного оборудования;
- Возможность отбора жидкости из скважин до 15000 м 3 /сут;
- Возможность использовать их на скважинах с глубиной более 3000 метров;
- Высокий (от 500 суток до 2-3 лет и более) межремонтный период работы ЭЦН;
- Возможность проведения исследований в скважинах без подъема насосного оборудования;
- Менее трудоемкие методы удаления парафина со стенок насосно-компрессорных труб.
Электроцентробежные погружные насосы могут применяться в глубоких и наклонных нефтяных скважинах (и даже в горизонтальных), в сильно обводненных скважинах, в скважинах с йодо-бромистыми водами, с высокой минерализацией пластовых вод, для подъема соляных и кислотных растворов. Кроме того, разработаны и выпускаются электроцентробежные насосы для одновременно-раздельной эксплуатации нескольких горизонтов в одной скважине со 146 мм и 168 мм обсадными колоннами. Иногда электроцентробежные насосы применяются также для закачки минерализованной пластовой воды в нефтяной пласт с целью поддержания пластового давления.
Установки погружных центробежных насосов в модульном исполнении УЭЦНМ и УЭЦНМК предназначены для откачки из нефтяных скважин , в том числе и наклонных, пластовой жидкости, содержащей нефть, воду, газ, механические примеси.
Установки имеют два исполнения -
- § обычное
- § коррозионно-стойкое.
Пример условного обозначения установки
- § при заказе: УЭЦНМ5-125-1200 ВК02 ТУ 26-06-1486 - 87,
- § при переписке и в технической документации: УЭЦНМ5-125-1200 ТУ 26-06-1486 - 87,
где У- установка; Э - привод от погружного двигателя; Ц - центробежный; Н - насос; М - модульный; 5 - группа насоса; 125 - подача, м 3 /сут: 1200 - напор, м; ВК - вариант комплектации; 02 - порядковый номер варианта комплектации по ТУ.
Для установок коррозионностойкого исполнения перед обозначением группы насоса добавляется буква «К».
Показатели назначения по перекачиваемым средам следующие :
- § среда - пластовая жидкость (смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа);
- § максимальная кинематическая вязкость однофазной жидкости, при которой обеспечивается работа насоса без изменения напора и к. п. д. - 1 мм 2 /с;
- § водородный показатель попутной воды рН 6,0 - 8,5;
- § максимальное массовое содержание твердых частиц - 0,01 % (0,1 г/л);
- § микротвердость частиц - не более 5 баллов по Моосу;
- § максимальное содержание попутной воды - 99%;
- § максимальное содержание свободного газа у основания двигателя - 25%, для установок с насосными модулями-газосепараторами (по вариантам комплектации) - 55 %, при этом соотношение в откачиваемой жидкости нефти и воды регламентируется универсальной методикой подбора УЭЦН к нефтяным скважинам (УМП ЭЦН-79);
максимальная концентрация сероводорода : для установок обычного исполнения - 0,001% (0,01 г/л); для установок коррозионностойкого исполнения - 0,125% (1,25 г/л);
температура перекачиваемой жидкости в зоне работы погружного агрегата - не более 90 °С.
Для установок, укомплектованных кабельными линиями К43, в которых взамен удлинителя с теплостойким кабелем марки КФСБ используется удлинитель с кабелем марки КПБП, температуры должны быть не более:
- § для УЭЦНМ5 и УЭЦНМК5 с двигателем мощностью 32 кВт - 70 °С;
- § для УЭЦНМ5, 5А и УЭЦНМК5, 5А с двигателями мощностью 45 - 125 кВт - 75 °С;
- § для УЭЦНМ6 и УЭЦНМК6 с двигателями мощностью 90 - 250 кВт - 80 °С.
Лито-фациальная модель пласта Ю13 Крапивинского месторождения Примечание . Внутренний диаметр колонны обсадных труб не менее и поперечный габарит насосной установки с кабелем не более соответственно: для установок УЭЦНМ5 - 121,7 и 112 мм: для УЭЦНМ5А - 130 и 124 мм; для УЭЦНМ6 с подачей до 500 м 3 /сут (включительно) - 144,3 и 137 мм, с подачей свыше 500 м 3 сут - 148,3 и 140,5 мм.
Установки УЭЦНМ и УЭЦНМК (рис. 1) состоят из
- § погружного насосного агрегата, кабеля в сборе 6,
- § наземного электрооборудования - трансформаторной комплектной подстанции (индивидуальной КТППН или кустовой КТППНКС) 5.
Вместо подстанции можно использовать трансформатор и комплектное устройство.
Насосный агрегат, состоящий из погружного центробежного насоса 7 и двигателя 8 (электродвигатель с гидрозащитой), спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб 4. Насосный агрегат откачивает пластовую жидкость из скважины и подает ее на поверхность по колонне НКТ.
Кабель, обеспечивающий подвод электроэнергии к электродвигателю, крепится к гидрозащите, насосу и насосно-компрессорным трубам металлическими поясами (клямсами) 3, входящими в состав насоса.
Комплектная трансформаторная подстанция (трансформатор и комплектное устройство) преобразует напряжение промысловой сети до значения оптимального напряжения на зажимах электродвигателя с учетом потерь напряжения в кабеле и обеспечивает управление работой насосного агрегата установки и ее защиту при аномальных режимах.
Обратный клапан 1 предназначен для предотвращения обратного вращения (турбинный режим) ротора насоса под воздействием столба жидкости в колонне НКТ при остановках и облегчения, тем самым, повторного запуска насосного агрегата. Обратный клапан ввинчен в модуль - головку насоса, а спускной - в корпус обратного клапана.
Спускной клапан 2 служит для слива жидкости из колонны НКТ при подъеме насосного агрегата из скважины.
Допускается устанавливать клапаны выше насоса в зависимости от газосодержания у сетки входного модуля насоса. При этом клапаны должны располагаться ниже сростки основного кабеля с удлинителем, так как в противном случае поперечный габарит насосного агрегата будет превышать допустимый.
Для откачивания пластовой жидкости, содержащей свыше 25 - до 55% (по объему) свободного газа у приемной сетки входного модуля, к насосу подключают насосный модуль - газосепаратор .
Двигатель - асинхронный погружной, трехфазный, короткозамкнутый, двухполюсный, маслонаполненный.
Установки могут комплектоваться двигателями типа 1ПЭД по ТУ 16-652.031 - 87, оснащенными системой контроля температуры и давления пластовой жидкости.
При этом установки должны комплектоваться устройством комплектным ШГС 5805-49ТЗУ1.
Соединение сборочных единиц насосного агрегата - фланцевое (на болтах и шпильках), валов сборочных единиц - при помощи шлицевых муфт.
Соединение кабеля в сборе с двигателем осуществляется при помощи муфты кабельного ввода.
Подключательный выносной пункт предназначен для предупреждения прохождения газа по кабелю в КТППН (КТППНКС) или комплектное устройство.
Оборудование устья скважины обеспечивает подвеску колонны НКТ с насосным агрегатом и кабелем в сборе на фланце обсадной колонны, герметизацию затрубного пространства, отвод пластовой жидкости в выкидной трубопровод.
Насос - погружной центробежный модульный. Рисунок 2.
Погружной центробежный модульный насос (в дальнейшем именуемый «насос») - многоступенчатый вертикального исполнения. Насос изготовляют в двух исполнениях: обычном ЭЦНМ и коррозионностойком ЭЦНМК.
Насос состоит из входного модуля, модуля-секции (модулей-секций), модуля-головки, обратного и спускного клапанов (рис. 2). Допускается уменьшение числа модулей-секций в насосе при соответствующем укомплектовании погружного агрегата двигателем необходимой мощности.
Для откачивания пластовой жидкости, содержащей у сетки входного модуля насоса свыше 25 % (по объему) свободного газа, к насосу следует подсоединить насосный модуль - газосепаратор (рис..3). 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. 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.
Рис.3. Газосепаратор:
1 - головка; 2 - втулка радиального подшипника; 3 - вал: 4 - сепаратор; 5 - направляющие аппараты: 6 - рабочее колесо; 7 - корпус; 8 - шнек; 9 - основание
Соединение модулей между собой и входного модуля с двигателем - фланцевое. Соединения (кроме соединений входного модуля с двигателем и входного модуля с газосепаратором) уплотняются резиновыми кольцами.
Соединение валов модулей-секций между собой, модуля-секции с валом входного модуля, вала входного модуля с валом гидрозащиты двигателя осуществляется шлицевыми муфтами.
Соединение валов газосепаратора, модуля-секции н входного модуля между собой также осуществляется при помощи шлицевых муфт.
Валы модулей-секций всех групп насосов, имеющих одинаковые длины корпусов (2, 3 и 5м), унифицированы по длине. Валы модулей-секций и входных модулей для насосов обычного исполнения изготовляют из калиброванной коррозионно-стойкой высокопрочной стали марки ОЗХ14Н7В и имеют на торце маркировку «НЖ», для насосов повышенной коррозионностойкости - из калиброванных прутков из сплава Н65Д29ЮТ-ИШ К-монель и имеют на торцах маркировку «М».
Рабочие колеса и направляющие аппараты насосов обычного исполнения изготовляют из модифицированного серого чугуна, насосов коррозионностойкого исполнения - из модифицированного чугуна ЧН16Д7ГХШ типа «нирезист». Рабочие колеса насосов обычного исполнения можно изготовлять из радиационно-модифицированного полиамида.
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.
Модули-головки насосов группы 5 и 5А имеют резьбу муфты насосно-компрессорной гладкой трубы 73 ГОСТ 633 - 80.
Модуль-головка насосов группы 6 имеет два исполнения: с резьбой муфты 73 и 89 ГОСТ 633 - 80.
Модуль-головка с резьбой 73 применяется в насосах с номинальной подачей до 800 м 3 /сут. с резьбой 89 - более 800 м 3 сут.
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. Соединение модулей-секций между собой, а также резьбовые соединения и зазор между корпусом и пакетом ступеней герметизируются резиновыми кольцами.
Ребра предназначены для защиты плоского кабеля с муфтой от механических повреждений о стенку обсадной колонны при спуске и подъеме насосного агрегата. Ребра прикреплены к основанию модуля-секции болтом с гайкой и пружинной шайбой.
Грань головки модуля-секции, имеющая минимальное угловое смещение относительно поверхности основания между ребрами, помечена пятном краски для ориентирования относительно ребер другого модуля-секции при монтаже на скважине.
Модули-секции поставляются опломбированными гарантийными пломбами клеймом предприятия-изготовителя на паяных швах.
Входной модуль состоит из основания с отверстиями для прохода пластовой жидкости, подшипниковых втулок и сетки, вала с защитными втулками и шлицевой 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.
Входной модуль для насосов группы 6 имеет два исполнения: одно - с валом диаметром 25 мм - для насосов с подачами 250, 320, 500 и 800 м 3 /сут, другое - с валом диаметром 28 мм - для насосов с подачами 1000, 1250 м 3 /сут.
Обратные клапаны насосов групп 5 и 5А, рассчитанных на любую подачу, и группы 6 с подачей до 800 м 3 /сут включительно конструктивно одинаковы и имеют резьбы муфты гладкой насосно-компрессорной трубы 73 ГОСТ 633 - 80. Обратный клапан для насосов группы 6 с подачей свыше 800 м 3 /сут имеет резьбы муфты гладкой насосно-компрессорной трубы 89 ГОСТ 633 - 80.
Спускные клапаны имеют такие же исполнения по резьбам, как обратные.
Пояс для крепления кабеля состоит из стальной пряжки и закрепленной на ней стальной полосы.
ПОГРУЖНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Погружные двигатели состоят из электродвигателя (рис. 4) и гидрозащиты (рис. 5) .
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 и используются в качестве привода погружных центробежных насосов в модульном исполнении для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин.
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 55%. Гидростатическое давление в зоне работы двигателя не более 25 МПа.
Допустимые отклонения от номинальных значений питающей сети:
по напряжению - от минус 5% до плюс 10%; по частоте переменного тока - ±0,2 Гц; по току - не выше номинального на всех режимах работы, включая вывод скважины на режим.
В шифре двигателя ПЭДУСК-125-117ДВ5 ТУ 16-652.029 - 86 приняты следующие обозначения: ПЭДУ - погружной электродвигатель унифицированный; С - секционный (отсутствие буквы - несекционный); К - коррозионностойкий (отсутствие буквы - нормальное);125 - мощность, кВт; 117 - диаметр корпуса, мм; Д - шифр модернизации гидрозащиты (отсутствие буквы - основная модель); В5 - климатическое исполнение и категория размещения.
Рис. 4.
1 - крышка: 2 - головка; 3 - пята: 4 - подпятник; 5 - пробка: 6 - обмотка статора; 7 - втулка; 8 - ротор; 9 - статор; 10 - магнит; 11 - фильтр; I2 - колодка; 13 - кабель с наконечником; 14 - кольцо; 15 - кольцо уплотнительное; 16 - корпус: 17, 18 - пробка
В шифре электродвигателя ЭДК45-117В приняты следующие обозначения: ЭД - электродвигатель; К - коррозионностойкий (отсутствие буквы - нормальное исполнение); 45 - мощность, кВт; 117 - диаметр корпуса, мм; В - верхняя секция (отсутствие буквы - несекционный, С - средняя секция, Н - нижняя секция).
В шифре гидрозащиты ПК92Д приняты следующие обозначения: П - протектор; К - коррозионностойкая (отсутствие буквы - исполнение нормальное); 92 - диаметр корпуса в мм; Д - модернизация с диафрагмой (отсутствие буквы - основная модель с барьерной жидкостью).
Пуск, управление работой двигателями и его защита при аварийных режимах осуществляются специальными комплектными устройствами.
Пуск, управление работой и защита двигателя мощностью 360 кВт с диаметром корпуса 130 мм осуществляются комплектным тиристорным преобразователем.
Электродвигатели заполняются маслом МА-ПЭД с пробивным напряжением не менее 30 кВ.
Предельная длительно допускаемая температура обмотки статора электродвигателей (по сопротивлению для электродвигателей диаметром корпуса 103 мм) равна 170 °С, а остальных электродвигателей - 160 °С.
Двигатель состоит из одного или нескольких электродвигателей (верхнего, среднего и нижнего мощностью от 63 до 360 кВт) и протектора.
Электродвигатель (см. рис. 4) состоит из статора, ротора, головки с токовводом, корпуса.
Статор выполнен из трубы, в которую запрессован магнитопровод, изготовленный из листовой электротехнической стали.
Обмотка статора - однослойная протяжная катушечная. Фазы обмотки соединены в звезду.
Ротор короткозамкнутый, многосекционный. В состав ротора входят вал, сердечники, радиальные опоры (подшипники скольжения), втулка. Вал пустотелый, изготовлен из высокопрочной стали, со специальной отделкой поверхности. В центральное отверстие вала ротора верхнего и среднего электродвигателей ввинчены две специальные гайки, между которыми помещен шарик, перекрывающий слив масла из электродвигателя при монтаже.
Сердечники выполнены из листовой электротехнической стали. В пазы сердечников уложены медные стержни, сваренные по торцам с короткозамыкающими кольцами. Сердечники набираются на вал, чередуясь с радиальными подшипниками. Набор сердечников на валу зафиксирован с одной стороны разрезным вкладышем, а с другой - пружинным кольцом.
Втулка служит для смещения радиальных подшипников ротора при ремонте электродвигателя.
Головка представляет собой сборочную единицу, монтируемую в верхней части электродвигателя (над статором). В головке расположен узел упорного подшипника, состоящий из пяты и подпятника, крайние радиальные подшипники ротора, узел токоввода (для несекционных электродвигателей) или узел электрического соединения электродвигателей (для секционных электродвигателей).
Токоввод - изоляционная колодка, в пазы которой вставлены кабели с наконечниками.
Узел электрического соединения обмоток верхнего, среднего и нижнего электродвигателей состоит из выводных кабелей с наконечниками и изоляторов, закрепленных в головках и корпусах торцов секционирования.
Отверстие под пробкой служит для закачки масла в протектор при монтаже двигателя.
В корпусе, находящемся в нижней части электродвигателя (под статором), расположены радиальный подшипник ротора и пробки. Через отверстия под пробку проводят закачку и слив масла в электродвигатель.
В этом корпусе электродвигателей имеется фильтр для очистки масла.
Термоманометрическая система ТМС-З предназначена для контроля некоторых технологических параметров скважин, оборудованных УЭЦН (давление, температура, вибрация) и защиты погружных агрегатов от аномальных режимов работы (перегрев электродвигателя или снижение давления жидкости на приеме насоса ниже допустимого).
Система ТМС-З состоит из скважинного преобразователя, трансформирующего давление и температуру в частотно-манипулированный электрический сигнал, и наземного прибора, осуществляющего функции блока питания, усилителя-формирователя сигналов и устройства управления режимом работы погружным электронасосом по давлению и температуре.
Скважинный преобразователь давления и температуры (ПДТ) выполнен в виде герметичного цилиндрического контейнера, размещаемого в нижней части электродвигателя и подключенного к нулевой точке его статорной обмотки.
Наземный прибор, устанавливаемый в комплектное устройство ШГС, обеспечивает формирование сигналов на ее отключение и выключение насоса по давлению и температуре.
В качестве линии связи и энергопитания ПДТ используется силовая сеть питания погружного электродвигателя.
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 (буква К. - в обозначении) исполнений.
В обычном исполнении гидрозащита покрыта грунтовкой ФЛ-ОЗ-К ГОСТ 9109 - 81. В коррозионностойком исполнении гидрозащита имеет вал из К-монеля и покрыта эмалью ЭП-525, IV, 7/2 110 °С.
Основным типом гидрозащиты для комплектации ПЭД принята гидрозащита открытого типа. Гидрозащита открытого типа требует применения специальной барьерной жидкости плотностью до 2 г/см 3 , обладающей физико-химическими свойствами, которые исключают ее перемешивание с пластовой жидкостью скважины и маслом в полости электродвигателя.
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
Конструкция гидрозащиты открытого типа представлена на рис. 5, а, закрытого типа - на рис. 5, б.
Верхняя камера заполнена барьерной жидкостью, нижняя - диэлектрическим маслом. Камеры сообщены трубкой. Изменения объемов жидкого диэлектрика в двигателе компенсируются за счет перетока барьерной жидкости в гидрозащите из одной камеры в другую.
В гидрозащитах закрытого типа применяются резиновые диафрагмы, их эластичность компенсирует изменение объема жидкого диэлектрика в двигателе.
В настоящее время функции станции управления выполняют комплектные устройства семейства «ЭЛЕКТОН».
УСТРОЙСТВА КОМПЛЕКТНЫЕ СЕРИИ «ЭЛЕКТОН 04»
Станция обеспечивает следующие защиты и регулирование их уставок:
- 1) отключение и запрещение включения электродвигателя при напряжении питающей сети выше или ниже заданных значений;
- 2) отключение и запрещение включения электродвигателя при превышении выбранной уставки дисбаланса напряжения питающей сети;
- 3) отключение электродвигателя при превышении выбранной уставки дисбаланса токов электродвигателя;
- 4) отключение электродвигателя при недогрузке по активной составляющей тока с выбором минимального тока фазы (по фактической загрузке). При этом уставка выбирается относительно номинального активного тока;
- 5) отключение электродвигателя при перегрузке любой из фаз с выбором максимального тока фазы по регулируемой ампер-секундной характеристике посредством раздельного выбора желаемых уставок по току и времени перегрузки;
- 6) отключение и запрещение включения электродвигателя при снижении сопротивления изоляции силовой цепи ниже заданного значения;
- 7) запрещение включения электродвигателя при турбинном вращении с выбором допустимой частоты вращения;
- 8) отключение электродвигателя по максимальной токовой защите (МТЗ);
- 9) запрещение включения электродвигателя при восстановлении напряжения питающей сети с неправильным чередованием фаз;
- 10) отключение электродвигателя по сигналу контактного манометра в зависимости от давления в трубопроводе;
- 11) отключение электродвигателя при давлении на приеме насоса выше или ниже заданного значения (при подключении системы ТМС);
- 12) отключение электродвигателя при температуре выше заданного значения (при подключении системы ТМС);
- 13) отключение электродвигателя по логическому сигналу на дополнительном цифровом входе;
- 14) предотвращение сброса защит, изменения режимов работы, включения - отключения защит и изменения уставок без ввода индивидуального пароля;
Станция обеспечивает следующие функции:
- 1) включение и отключение электродвигателя либо в "ручном" режиме непосредственно оператором, либо в "автоматическом" режиме;
- 2) работа по программе с отдельно задаваемыми временами работы и остановки;
- 3) автоматическое включение электродвигателя с заданной задержкой времени после подачи напряжения питания, либо восстановлении напряжения питания в соответствии с нормой;
- 4) регулируемая задержка отключения отдельно для каждой защиты (кроме МТЗ и защиты по низкому сопротивлению изоляции);
- 5) регулируемая задержка активации защит сразу после пуска для каждой защиты (кроме МТЗ и защиты по низкому сопротивлению изоляции);
- 6) регулируемая задержка АПВ отдельно после каждой защиты (кроме МТЗ, защит по низкому сопротивлению изоляции, по турбинному вращению и);
- 7) возможность выбора режима с АПВ или с блокировкой АПВ после срабатывания отдельно каждой защиты (кроме МТЗ, защит по низкому сопротивлению изоляции и по турбинному вращению);
- 8) возможность выбора активного и не активного состояния защит отдельно для каждой защиты;
- 9) блокировка АПВ после отключения по защите от недогрузки при превышении заданного количества разрешенных повторных пусков за заданный интервал времени;
- 10) блокировка АПВ после отключения по защите от перегрузки при превышении заданного количества разрешенных повторных пусков за заданный интервал времени;
- 11) блокировка АПВ после отключения другими защитами (кроме защит от недогрузки) при превышении заданного количества разрешенных повторных пусков за заданный интервал времени;
- 12) измерение текущего значения сопротивления изоляции силовой цепи в диапазоне 1кОм - 10 мОм;
- 13) измерение текущего коэффициента мощности (cos);
- 14) измерение текущего значения фактической загрузки двигателя;
- 15) измерение текущего значения частоты вращения электродвигателя при турбинном вращении;
- 16) определение порядка чередования фаз напряжения питающей сети (АВС или СВА);
- 17) отображение в хронологическом порядке 63 последних изменений в состоянии насосной установки с указанием причины и времени включения или отключения электродвигателя;
- 18) запись в реальном времени в блок памяти информации о причинах включения и отключения электродвигателя с регистрацией текущих линейных значений питающего напряжения, токов фаз электродвигателя, загрузки и сопротивления изоляции в момент отключения электродвигателя, в момент включения, через 5 секунд после включения и во время работы с двумя регулируемыми периодами записи. Накопленная информация может быть считана в портативный компьютер, блок съема информации БСИ либо передана в стандарте RS-232 или RS-485;
- 19) сохранение заданных параметров работы и накопленной информации при отсутствии напряжения питания;
- 20) отображение общей наработки насосной установки;
- 21) отображение общего числа пусков насосной установки;
- 22) отображение текущих значений времени и даты;
- 23) световая индикация о состоянии станции ("СТОП", "ОЖИДАНИЕ", "РАБОТА");
- 24) подключение к станции геофизических и наладочных приборов с помощью розетки 220В.
Кроме того, станция обеспечивает отображение на буквенно-цифровом дисплее следующей информации:
- 1) состояние установки с указанием причины, времени работы с момента последнего пуска или времени, оставшемся до пуска в минутах и секундах;
- 2) текущее значение трех линейных питающих напряжений в вольтах;
- 3) текущее значение токов трех фаз электродвигателя в амперах;
- 4) текущие значения дисбалансов напряжений и токов в %;
- 5) текущее значение сопротивления изоляции в кОм;
- 6) текущее значение коэффициента мощности (cos);
- 7) текущее значение загрузки двигателя в % от номинального активного тока;
- 8) текущее значение частоты вращения двигателя при турбинном вращении в Гц;
- 9) текущее значение давления на приеме насоса во введенных единицах (при подключении системы ТМС);
- 10) текущее значение температуры двигателя во введенных единицах (при подключении системы ТМС);
- 11) порядок чередования фаз напряжения питающей сети (АВС или СВА);
- 12) значение всех установленных параметров и текущих режимов работы.
Устройство БСИ-01 (блок считывания информации) предназначено для съёма и хранения информации с контроллера «Электон», а также для передачи ее на стационарный компьютер. Емкость памяти позволяет хранить информацию с 63 контроллеров. Питание БСИ-01 осуществляется от сетевого адаптера (в контроллерах с зав. №1000 и выше питание блока предусмотрено через разъем RS-232).
Преобразователи частоты семейства ПЧ-ТТПТ-ХХХ-380-50-1-УХЛ1 «Электон 05» предназначены для регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым или фазным ротором распространенных общепромышленных серий.
СУ обеспечивает работу привода в нескольких режимах:
- а) ручное управление частотой вращения АД;
- б) режим самозапуска СУ после восстановления питания;
- в) плавный разгон асинхронного электродвигателя (АД) с заданным темпом;
- г) разгон по предельным (заданным) значениям токов фаз АД;
- д) плавное торможение АД;
- е) реверсирование АД;
- ж) торможение АД по предельному значению напряжения в звене постоянного тока;
- з) режим работы по программе
- и) считывание телеметрической информации по каналу RS-232;
- к) работа в режиме ослабления поля при скоростях вращения выше номинальной.
Выходная частота - 1...75 Гц ±0,1 %.
Ток перегрузки - 125 % от номинального в течение 5 минут при времени усреднения 10 минут (режим №2 в соответствии с ГОСТ 24607-88).
Показатели надежности.
Средняя наработка на отказ СУ должна быть не менее 8000 часов.
Дисплей частотного преобразователя представлен на рисунке 6.
Рисунок № 6.
Силовая часть всех СУ построена по единой схеме и представляет собой двухступенчатый преобразователь энергии трехфазного тока сети в энергию трехфазного тока, с регулируемыми напряжением и частотой.
Сетевое напряжение преобразуется в постоянное с помощью выпрямителя (управляемого на тиристорах или неуправляемого на диодах) и фильтруется с помощью LC-фильтра. Постоянное напряжение преобразуется автономным инвертором напряжения (АИН) в трехфазное для питания асинхронного двигателя.
Автономный инвентор напряжения выполнен на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором - IGBT , что позволяет применить достаточно гибкий алгоритм управления трехфазным мостом - широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Управляя напряжением на затворах IGBT моста АИН, можно получить на выходах U, V, W трехфазную систему синусоидальных токов с регулируемой частотой и амплитудой.
Импульсы управления IGBT вырабатываются системой управления и поступают на плату драйверов, где формируются двухполярные мощные сигналы для управления затворами транзисторов.
ПОДСТАНЦИИ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ КОМПЛЕКТНЫЕ СЕРИИ КТППНКС.
КТППНКС предназначены для электроснабжения, управления и защиты четырех центробежных электронасосов (ЭЦН) с электродвигателями мощностью 16 - 125 кВт для добычи нефти из кустов скважин, питания до четырех электродвигателей станков-качалок и передвижных токоприемников при выполнении ремонтных работ.
Погружная кабельная линия.
Для подвода электроэнергии к электродвигателю установки погружного насоса применяется кабельная линия, состоящая из основного питающего кабеля и срощенного с ним удлинителя с муфтой кабельного ввода, обеспечивающей герметическое присоединение кабельной линии к электродвигателю. Состав кабельной линии и методы сращивания с удлинителем представлены на рисунках №№ 7, 8 и 9.
В зависимости от назначения в кабельную линию могут входить:
в качестве основного кабеля - круглые кабели марок КПБК, КТЭБК, КФСБК или плоские кабели марок КПБП, КТЭБ, КФСБ;
в качестве удлинителя - плоские кабели марок КПБП или КФСБ;
муфта кабельного ввода круглого типа. Кабели марок КПБК и КПБП с полиэтиленовой изоляцией предназначены для эксплуатации при температурах окружающей среды до +90 °С.
Кабели КПБК и КПБП состоят из медных токопроводящих жил, изолированных в два слоя полиэтиленом высокой плотности и скрученных между собой (в кабелях КПБК) или уложенных в одной плоскости (в кабелях КПБП), а также из подушки и брони.
Кабели марок КТЭБК и КТЭБ с изоляцией из термоэластопласта предназначены для эксплуатации при температурах окружающей среды до +110 °С. Кабели КТЭБК и КТЭБ состоят из медных, изолированных полиамидно-фторопластовой пленкой токопроводящих жил в изоляции и оболочках из термоэластопласта и скрученных между собой (в кабелях КТЭБК) или уложенных в одной плоскости (в кабелях КТЭБ), а также из подушки и брони.
Кабели марок КФСКБ и КФСБ с фторопластовой изоляцией предназначены для эксплуатации при температурах окружающей среды до +160 °С.
Кабели КФСБК и КФСБ состоят из медных, изолированных полиамидно-фторопластовой пленкой токопроводящих жил в изоляции из фторопласта и оболочках из свинца и скрученных между собой (в кабелях КФСБК) или уложенных в одной плоскости (в кабелях КФСБ), а также из подушки и брони.
Рисунки № 8 и 9.
Установки УЭЦНМ и УЭЦНМК рисунок (2.1) состоят из
§ погружного насосного агрегата, кабеля в сборе 6,
§ наземного электрооборудования - трансформаторной комплектной подстанции (индивидуальной КТППН или кустовой КТППНКС) 5.
Вместо подстанции можно использовать трансформатор и комплектное устройство.
Насосный агрегат, состоящий из погружного центробежного насоса 7 и двигателя 8 (электродвигатель с гидрозащитой), спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб 4.Насосный агрегат откачивает пластовую жидкость из скважины и подает ее на поверхность по колонне НКТ.
Кабель, обеспечивающий подвод электроэнергии к электродвигателю, крепится к гидрозащите, насосу и насосно-компрессорным трубам металлическими поясами (клямсами) 3, входящими в состав насоса.
Комплектная трансформаторная подстанция (трансформатор и комплектное устройство) преобразует напряжение, промысловой сети до значения оптимального напряжения на зажимах электродвигателя с учетом потерь напряжения в кабеле и обеспечивает управление работой насосного агрегата установки и ее защиту при аномальных режимах.
Рис. 2.1. Установка погружного центробежного электронасоса .
Обратный клапан 1 предназначен для предотвращения обратного вращения (турбинный режим) ротора насоса под воздействием столба жидкости в колонне НКТ при остановках и облегчения, тем самым, повторного запуска насосного агрегата. Обратный клапан ввинчен в модуль - головку насоса, а спускной - в корпус обратного клапана.
Спускной клапан 2 служит для слива жидкости из колонны НКТ при подъеме насосного агрегата из скважины.
Допускается устанавливать клапаны выше насоса в зависимости от газосодержания у сетки входного модуля насоса. При этом клапаны должны располагаться ниже сростки основного кабеля с удлинителем, так как в противном случае поперечный габарит насосного агрегата будет превышать допустимый.
Для откачивания пластовой жидкости, содержащей свыше 25 - до 55% (по объему) свободного газа у приемной сетки входного модуля, к насосу подключают насосный 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.
ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые двухполюсные погружные унифицированной серии ПЭД в нормальном и коррозионно-стойком исполнениях, климатического исполнения В, категории размещения 5 работают от сети переменного тока частотой 50 Гц и используются в качестве привода погружных центробежных насосов в модульном исполнении для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин.
Термоманометрическая система ТМС-З предназначена для контроля некоторых технологических параметров скважин, оборудованных УЭЦН, и защиты погружных агрегатов от аномальных режимов работы (перегрев электродвигателя или снижение давления жидкости на приеме насоса ниже допустимого).
Система ТМС-З состоит из скважинного преобразователя, трансформирующего давление и температуру в частотно-манипулированный электрический сигнал, и наземного прибора, осуществляющего функции блока питания, усилителя-формирователя сигналов и устройства управления режимом работы погружным электронасосом по давлению и температуре.
Скважинный преобразователь давления и температуры (ПДТ) выполнен в виде цилиндрического герметичного контейнера, размещаемого в нижней части электродвигателя и подключенного к нулевой точке его статорной обмотки.
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
§ коррозионно-стойкого (буква К - в обозначении) исполнений.
В обычном исполнении гидрозащита покрыта грунтовкой, в корозионно-стойком исполнении гидрозащита имеет вал из К-монеля и покрыта эмалью.
Основным типом гидрозащиты для комплектации ПЭД принята гидрозащита открытого типа. Гидрозащита открытого типа требует применения специальной барьерной жидкости плотностью до 2 г/см 3 , обладающей физико-химическими свойствами, которые исключают ее перемешивание с пластовой жидкостью скважины и маслом в полости электродвигателя.
УСТРОЙСТВА КОМПЛЕКТНЫЕ СЕРИИ ШГС 5805
Устройства предназначены для управления и защиты погружных электронасосов добычи нефти с двигателями серии ПЭД
Для подвода электроэнергии к электродвигателю установки погружного насоса применяется кабельная линия, состоящая из основного питающего кабеля и сращенного с ним удлинителя с муфтой кабельного ввода, обеспечивающей герметическое присоединение кабельной линии к электродвигателю.
В зависимости от назначения в кабельную линию могут входить:
в качестве основного кабеля - круглые кабели марок КПБК, КТЭБК, КФСБК или плоские кабели марок КПБП, КТЭБ, КФСБ;
в качестве удлинителя - плоские кабели марок КПБП или КФСБ;
муфта кабельного ввода круглого типа. Кабели марок КПБК и КПБП с полиэтиленовой изоляцией предназначены для эксплуатации при температурах окружающей среды до +90 °С.
