Установки погружных центробежных насосов (УЭЦН)

Установки погружных центробежных насосов (УЭЦН)

                                 СОДЕРЖАНИЕ

                                                                        лист

|Аннотация (русский язык)                                         |5       |

|Аннотация (английский язык)                                      |6       |

|                                                                 |        |

|ВВЕДЕНИЕ                                                         |7       |

|1.АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ И КОНСТРУКЦИЙ.                        |8       |

|1.1.Назначение и технические данные ЭЦН.                         |8       |

|1.1.1.Историческая справка о развитии способа добычи.            |8       |

|1.1.2.Состав и комплектность УЭЦН.                               |9       |

|1.1.3.Технические характеристики ПЭД.                            |14      |

|1.1.4.Основные технические данные кабеля.                        |15      |

|1.2. Краткий обзор отечественных схем и установок.               |16      |

|1.2.1.Общие сведения.                                            |16      |

|1.2.2.Погружной центробежный насос.                              |17      |

|1.2.3.Погружные электродвигатели.                                |18      |

|1.2.4.Гидрозащита электродвигателя.                              |18      |

|1.3.Краткий обзор зарубежных схем и установок.                   |19      |

|1.4. Анализ работы УЭЦН.                                         |22      |

|1.4.1.Анализ фонда скважин.                                      |22      |

|1.4.2.Анализ фонда ЭЦН.                                          |22      |

|1.4.3.По подаче.                                                 |22      |

|1.4.4.По напору.                                                 |23      |

|1.5.Краткая характеристика скважин.                              |24      |

|1.6.Анализ неисправностей ЭЦН.                                   |24      |

|1.7.Анализ аварийности фонда  УЭЦН.                              |26      |

|2.ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА.                                          |28      |

|2.1.Патентная проработка.                                        |28      |

|2.2.Обоснование выбранного прототипа.                            |30      |

|2.3.Суть модернизации.                                           |31      |

|3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.                                              |32      |

|3.1. Расчет ступени ЭЦН.                                         |32      |

|3.1.1. Расчет рабочего колеса.                                   |32      |

|3.1.2. Расчет направляющего аппарата.                            |35      |

|3.2.Проверочный расчет шпоночного соединения.                    |36      |

|3.3.Проверочный расчет шлицевого соединения.                     |38      |

|3.4.Расчет вала ЭЦН.                                             |39      |

|3.5.Прочностной расчет                                           |44      |

|3.5.1.Прочностной расчет корпуса насоса.                         |44      |

|3.5.2.Прочностной расчет винтов страховочной муфты.              |45      |

|3.5.3.Прочностной расчет корпуса полумуфты.                      |45      |

|4.ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ                                        |47      |

|5.БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА.                          |53      |

|6.Литература.                                                    |63      |

|7. Приложение 1                                                  |64      |

|8.Приложение 2                                                   |65      |

|9.Приложение 3                                                   |66      |

|10.Приложение 4                                                  |67      |

|11. Приложение 5.                                                |68      |

                                  ВВЕДЕНИЕ

  УЭЦН предназначены для откачки пластовой жидкости из нефтяных  скважин  и

используется  для  форсирования  отбора  жидкости.   Установки  относятся  к

группе изделий II, виду I по ГОСТ 27.003-83.

  Климатические  исполнение  погружного   оборудования   –   5,   наземного

электрооборудования – I ГОСТ 15150-69.

  Для надежной работы насоса  требуется  его  правильный  подбор  к  данной

скважине.  При  работе  скважины   постоянно   меняются   параметры   плата,

призабойной зоны пласта,  свойства  отбираемой  жидкости:  содержание  воды,

количество  попутного  газа,  количество  механических   примесей,   и   как

следствие, отсюда идет не доотбор  жидкости  или  работа  насоса  вхолостую,

что сокращает межремонтный период работы насоса. На данный  момент  делается

упор на более надежное оборудование, для увеличения  межремонтного  периода,

и как следствие из этого снижение затрат на  подъем  жидкости.  Этого  можно

добиться, применяя  центробежные  УЭЦН  вместо  ШСН,  так  как  центробежные

насосы имеют большой межремонтный период.

  Установку УЭЦН можно применять  при  откачке  жидкости,  содержащих  газ,

песок, и коррозионо-активные элементы.

                  1.АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ И КОНСТРУКЦИЙ.

                  1.1.Назначение и технические данные УЭЦН.

  Установки погружных центробежных насосов  предназначены  для  откачки  из

нефтяных скважин, в том числе и  наклонных  пластовой  жидкости,  содержащей

нефть, воду и газ, и  механические  примеси.  В  зависимости  от  количества

различных  компонентов,  содержащихся  в   откачиваемой   жидкости,   насосы

установок имеют исполнение обычное и повышенной  корозионно-износостойкости.

При работе  УЭЦН,  где  в  откачиваемой  жидкости  концентрация  мехпримесей

превышает  допустимую   0,1   грамм\литр   происходит   засорение   насосов,

интенсивной износ рабочих агрегатов. Как  следствие,  усиливается  вибрация,

попадание  воды  в  ПЭД  по  торцевым   уплотнениям,   происходит   перегрев

двигателя, что приводит к отказу работы УЭЦН.

  Условное обозначение установок:

  УЭЦН К 5-180-1200, У 2 ЭЦН И 6-350-1100,

  Где У – установка, 2 –вторая модификация, Э – с  приводом  от  погружного

электродвигателя,  Ц  –  центробежный,   Н   –   насос,   К   –   повышенный

коррозионостойкости,  И  –  повышенной  износостойкости,  М   –   модульного

исполнения, 6 – группы насосов, 180,  350  –  подача  м\сут,  1200,  1100  –

напор, м.в.ст.

  В  зависимости  от  диаметра  эксплуатационной   колонны,   максимального

поперечного габарита погружного агрегата, применяют ЭЦН  различных  групп  –

5,5, а 6. Установка группы 5 с  поперечным  диаметром  не  менее  121,7  мм.

Установки группы 5 а с поперечным габаритом 124 мм – в скважинах  внутренним

диаметром не менее 148,3 мм.  Насосы  также  подразделяют  на  три  условные

группы – 5,5 а, 6. Диаметры корпусов группы 5 – 92 мм, группы 5 а – 103  мм,

группы 6 – 114 мм. Технические характеристики  насосов  типа  ЭЦНМ  и  ЭЦНМК

приведены в приложении 1.

            1.1.1.Историческая справка о развитии способа добычи.

  Разработка бесштанговых насосов в нашей стране началась еще до революции.

Когда А.С. Артюнов вместе с В.К. Домовым разработали скважинный  агрегат,  в

котором    центробежный    насос    приводился    в    действие    погружным

электродвигателем. Советские инженеры,  начиная  с  20-х  годов,  предлагали

разработку поршневых насосов с поршневым  пневматическим  двигателем.  Одним

из первых такие насосы разработал М.И. Марцишевский.

  Разработка  скважинного  насоса  с  пневмодвигателем  была  продолжена  в

Азинмаше     В.И.Документовым.    скважинные    центробежные    насосы     с

электроприводом разрабатывались в предвоенный  период  А.А.Богдановым,  А.В.

Крыловым,  Л.И.  Штурман.  Промышленные  образцы  центробежных   насосов   с

электроприводом  были  разработаны  в   особом   конструкторском   бюро   по

бесштанговым  насосам.  Эта  организация  ведет  все  работы  по  скважинным

бесштанговым насосам, в том числе и по винтовым, диафрагменным и др.

  Нефтегазодобывающая  промышленность  с  открытием   новых   месторождений

нуждалась в насосах для отбора из  скважины  большого  количества  жидкости.

Естественно, что наиболее рационален лопастной  насос,  приспособленный  для

больших подач.  Из  лопастных  насосов  получили  распространение  насосы  с

рабочими колесами центробежного типа, поскольку  они  давали  большой  напор

при  заданных  подачах  жидкости  и  габаритах  насоса.  Широкое  применение

скважинных  центробежных  насосов  с  электроприводом  обусловлено   многими

факторами. При больших отборах жидкости из скважины установки  ЭЦН  наиболее

экономичные  и  наименее  трудоемки  при   обслуживании,  по   сравнению   с

компрессорной  добычей  и  подъемом  жидкости  насосами  других  типов.  При

больших подачах энергетические затраты на установку  относительно  невелики.

Обслуживание установок  ЭЦН  просто,  так  ака  на  поверхности  размещаются

только станция управления и трансформатор, не требующие постоянного ухода.

  Монтаж оборудования ЭЦН прост, так как станция управления и трансформатор

не нуждаются в устройстве фундаментов. Эти два узла установки ЭЦН  размещают

обычно в легкой будке.

                      1.1.2.Состав и комплектность УЭЦН

  Установка УЭЦН состоит из погружного насосного агрегата (электродвигателя

с гидрозащитой и  насоса),  кабельной  линии  (круглого  плоского  кабеля  с

муфтой  кабельного  ввода),  колонны  НКТ,  оборудования  устья  скважины  и

наземного   электрооборудования:   трансформатора   и   станции   управления

(комплектного устройства) (см. рисунок  1.1.).  Трансформаторная  подстанция

преобразует напряжение промысловой сети дооптимальной  величины  на  зажимах

электродвигателя  с учетом потерь напряжения в  кабеле.  Станция  управления

обеспечивает  управление  работой  насосных  агрегатов  и  его  защиту   при

оптимальных режимах.

  Погружной насосный агрегат, состоящий  из  насоса  и  электродвигателя  с

гидрозащитой и компенсатора, опускается в скважину по НКТ.  Кабельная  линия

обеспечивает подвод электроэнергии к  электродвигателю.  Кабель  крепится  к

НКТ, металлическими колесами. На длине насоса и протектора  кабель  плоский,

прикреплен к ним металлическим колесами и защищен от повреждений кожухами  и

хомутами. Над секциями насоса устанавливаются обратный  и  сливной  клапаны.

Насос откачивает жидкость из скважины и подает ее на поверхность по  колонне

НКТ (см. рисунок 1.2.)

  Оборудование устья скважины  обеспечивает  подвеску  на  фланце  обсадной

колонны НКТ с электронасосом и кабелем, герметизацию труб и кабеля, а  также

отвод добываемой жидкости в выходной трубопровод.

  Насос погружной, центробежный, секционный, многоступенчатый не отличается

по принципу действия от обычных центробежный насосов.

  Отличие его в том, что он секционный, многоступенчатый, с малым диаметром

рабочих ступеней – рабочих колес и направляющих аппаратов.  Выпускаемые  для

нефтяной промышленности погружные насосы содержат от 1300 до 415 ступеней.

  Секции насоса,  связанные  фланцевыми  соединениями,  представляют  собой

металлический корпус. Изготовленный из стальной трубы длиной 5500 мм.  Длина

насоса определяется числом рабочих ступеней, число которых, в свою  очередь,

определяется основными параметрами насоса. – подачей и  напором.  Подача  и

напор ступеней зависят от поперечного сечения и конструкции проточной  части

(лопаток), а также от частоты вращения. В корпусе секций насоса  вставляется

пакет ступеней  представляющих  собой  собрание  на  валу  рабочих  колес  и

направляющих аппаратов.

  Рабочие колеса  устанавливаются  на  валу  на  призматической  шпонке  по

ходовой посадке и могут  перемещаться  в  осевом  направлении.  Направляющие

аппараты закреплены от поворота в корпусе ниппеля, расположенным  в  верхней

части насоса.  Снизу  в  корпус  ввинчивают  основание  насоса  с  приемными

отверстиями и фильтром, через  которые  жидкость  из  скважины  поступает  к

первой ступени насоса.

  Верхний  конец  вала  насоса   вращается   в   подшипниках   сальника   и

заканчивается специальной пяткой, воспринимающей нагрузку на вал и  его  вес

через  пружинное  кольцо.  Радиальные   усилия   в   насосе   воспринимаются

подшипниками скольжения, устанавливаемыми в  основании  ниппеля  и  на  валу

насоса.

  В  верхней  части  насоса  находится   ловильная   головка,   в   которой

устанавливается обратный клапан и к которой крепится НКТ.

  Электродвигатель погружной, трехфазовый, асинхронный, маслозаполненный  с

короткозамкнутым  ротором  в   обычном   исполнении   и   коррозионностойком

исполнениях  ПЭДУ  (ТУ  16-652-029-86).  Климатическое   исполнение   –   В,

категория размещения – 5 по ГОСТ 15150 – 69.  В  основании  электродвигателя

предусмотрены клапан для закачки масла и  его  слива,  а  также  фильтр  для

очистки масла от механических примесей.

  Гидрозащита ПЭД состоит из протектора и компенсатора.  Она  предназначена

для  предохранения  внутренней   полости   электродвигателя   от   попадания

пластовой жидкости, а  также  компенсации  температурных  изменений  объемов