1.АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ И КОНСТРУКЦИЙ.
1.1.Назначение и технические данные ЭЦН.
1.1.1.Историческая справка о развитии способа добычи.
1.1.2.Состав и комплектность УЭЦН.
1.1.3.Технические характеристики ПЭД.
1.1.4.Основные технические данные кабеля.
1.2. Краткий обзор отечественных схем и установок.
1.2.1.Общие сведения.
1.2.2.Погружной центробежный насос.
1.2.3.Погружные электродвигатели.
1.2.4.Гидрозащита электродвигателя.
1.3.Краткий обзор зарубежных схем и установок.
1.4. Анализ работы УЭЦН.
1.4.1.Анализ фонда скважин.
1.4.2.Анализ фонда ЭЦН.
1.4.3.По подаче.
1.4.4.По напору.
1.5.Краткая характеристика скважин.
1.6.Анализ неисправностей ЭЦН.
1.7.Анализ аварийности фондаУЭЦН.
2.ПАТЕНТНАЯ ПРОРАБОТКА.
2.1.Патентная проработка.
2.2.Обоснование выбранного прототипа.
2.3.Суть модернизации.
3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.
3.1. Расчет ступени ЭЦН.
3.1.1. Расчет рабочего колеса.
3.1.2. Расчет направляющего аппарата.
3.2.Проверочный расчет шпоночного соединения.
3.3.Проверочный расчет шлицевого соединения.
3.4.Расчет вала ЭЦН.
3.5.Прочностной расчет
3.5.1.Прочностной расчет корпуса насоса.
3.5.2.Прочностной расчет винтов страховочной муфты.
3.5.3.Прочностной расчет корпуса полумуфты.
4.ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ
5.БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА.
6.Литература.
7. Приложение 1
8.Приложение 2
9.Приложение 3
10.Приложение 4
11. Приложение 5.
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 доотборжидкости 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 граммлитр 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 мсут, 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 АзинмашеВ.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 приобслуживании, 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 электродвигателяс 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 масла и его расхода. (см. рисунок 1.3.)
Протектор двухкамерный, с резиновой диафрагмой и торцевыми уплотнениями вала, компенсатор с резиновой диафрагмой.
Кабель трехжильный с полиэтиленовой изоляцией, бронированный. Кабельная линия, т.е. кабель намотанный на барабан, к основанию которого присоединен удлинитель – плоский кабель с муфтой кабельного ввода. Каждая жила кабеля имеет слой изоляции и оболочку, подушки из прорезиненной ткани и брони. Три изолированные жилы плоского кабеля уложены параллельно в ряд, а круглового скручены по винтовой линии. Кабель в сборе имеет унифицированную муфту кабельного ввода К 38, К 46 круглого типа. В металлическом корпусе муфты герметично заделаны с помощью резинового уплотнения, к токопроводящим жилам прикреплены наконечники.
Конструкция установок УЭЦНК, УЭЦНМ с насосом имеющим вал и ступени, выполненные из коррозионностойких материалов, и УЭЦНИ с насосом, имеющим пластмассовые рабочие колеса и резинометаллические подшипники аналогична конструкция установок УЭЦН.
При большом газовом факторе применяют насосные модули – газосепараторы, предназначенные для уменьшения объемного содержания свободного газа на приеме насоса. Газосепараторы соответствуют группе изделий 5, виду 1 (восстанавливаемые) по РД 50-650-87, климатическое исполнение- В, категория размещения – 5 по ГОСТ 15150-69.
Модули могут быть поставлены в двух исполнениях:
Газосепараторы: 1 МНГ 5, 1 МНГ5а, 1МНГ6 – обычного исполнения;
Газосепараторы 1 МНГК5, МНГ5а – повышенной коррозионной стойкости.
Модули насосные устанавливаются между входным модулем и модулем-секцией погружного насоса.
Погружной насос, электродвигатель, и гидрозащита соединяются между собой фланцами и шпильками. Валы насоса, двигателя и протектора имеют на концах шлицы и соединяются шлицевыми муфтами.
Комплектующие подъемы и оборудование установок ЭЦН приведены в приложении 2.
1.1.3.Технические характеристика ПЭД
Приводом погружных центробежных насосов служит специальный маслозаполненный погружной ассинхронный электродвигатель трехфазного переменного тока с короткозамкнутым ротором вертикального исполнения типа ПЭД. Электродвигатели имеют диаметры корпусов 103, 117, 123, 130, 138 мм. Поскольку диаметр электродвигателя ограничен, при больших мощностях двигатель имеет большую длину, а в некоторых случаях выполнения секционным. Так как электродвигатель работает погруженным в жидкость и часто под большим гидростатическим давлением, основное условие надежной работы – его герметичность (см. рисунок 1.3).
ПЭД заполняется специальным маловязким, высокой диэлектрической прочности маслом, служащим как для охлаждения, так и для смазки деталей.
Погружной электродвигатель состоит из статора, ротора, головки, основания. Корпус статора изготавливается из стальной трубы, на концах которой предусмотрена резьба для подсоединения головки и основания двигателя. Магнитопровод статора собирается из активных и немагнитных шихтованных жестей, имеющих пазы, в которых располагаются обмотка. Обмотка статора может быть однослойной, протяжной, катушечной или двухслойной, стержневой, петлевой. Фазы обмотки соединены.
Активная часть магнитопровода совместно с обмоткой создает в электродвигателей вращающееся магнитное поле, а немагнитная часть служит опорами для промежуточных подшипников ротора. К концам обмотки статора припаивают выводные концы, изготовленные из многожильной медного провода с изоляцией, имеющий высокую электрическую и механическую прочность. К концам припаивают штежельные гильзы, в которые входят наконечники кабеля. Выводные концы обмотки соединяют с кабелем через специальную штежельную колодку (муфту) кабельного ввода. Токоввод двигателя может быть и ножевого типа. Ротор двигателя короткозамкнутый, многосекционный. В его состав входят вал, сердечники (пакеты ротора), радиальные опоры (подшипники скольжения). Вал ротора выполнен из пустотелой калиброванной стали, сердечники из листовой электротехнической стали. Сердечники набираются на вал, чередуясь с радиальными подшипниками, и соединены с валом шпонками. Набор сердечников на валу затянуть в осевом направлении гайками или турбинкой. Турбинка служит для принудительной циркуляции масла для выравнивания температуры двигателя на длине статора. Для обеспечения циркуляции масла на погружной поверхности магнитопровода имеются продольные пазы. Масло циркуляцией через эти пазы, фильтра в нижней части двигателя, где оно очищается, и через отверстие в валу. В головке двигателя расположены пята и подшипник. Переводник в нижней части двигателя служит для размещения фильтра, перепускного клапана и клапана для закачки масла в двигатель. Электродвигатель секционного исполнения состоит из верхней и нижней секций. Каждая секция имеет такие же основные узлы. Технические характеристики ПЭД приведены в приложении 3.
1.1.4.Основные технические данные кабеля
Подвод электроэнергии к электродвигателю установки погружного насоса осуществляется через кабельную линию, состоящую из питающего кабеля и муфты кабельного ввода для сочленения с электродвигателем.
В зависимости от назначения в кабельную линию могут входить:
Кабель марок КПБК или КППБПС – в качестве основного кабеля.
Кабель марки КПБП (плоский)
Муфта кабельного ввода круглая или плоская.
Кабель КПБК состоит из медных однопроволочных или многопроволочных жил, изолированных в два слоя полиэтиленом высокой прочности и скрученных между собой, а также подушки и брони.
Кабели марок КПБП и КППБПС в общей шланговой оболочке состоят из медных однопроволочных и многопроволочных жил, изолированных полиэтиленом высокой плотности и уложенных в одной плоскости, а так же из общей шланговой оболочке, подушки и брони.
Кабели марки КППБПС с отдельно отшлангованными жилами состоят из медных одно-,многопроволочных жил, изолированных в два слоя полиэтилена высокого давления и уложенных в одной плоскости.
Кабель марки КПБК имеет:
Рабочее напряжение В – 3300
Допустимое давление пластовой жидкости, МПа – 19,6
Допустимый газовый фактор, м/т – 180
Кабель марки КПБП имеет:
Рабочее напряжение, В - 2500
Допустимое давление пластовой жидкости, МПа – 19,6
Допустимый газовый фактор, м/т – 180
Кабель марки КПБК и КПБП имеет допустимые температуры окружающей среды от 60 до 45 С воздуха, 90 С – пластовой жидкости.
Температуры кабельных линий приведены в приложении 4.
1.2.Краткий обзор отечественных схем и установок.
1.2.1.Общие сведения
Установки погружных центробежных насосов предназначены для откачивания нефтяных скважин, в том числе наклонных, пластовой жидкости, содержащей нефть и газ, и механической примеси.
Установки выпускаются двух видов – модульные и немодульные; трех исполнений: обычное, коррозионостойкое и повышенной износостойкости. Перекачиваемая среда отечественных насосов должна иметь следующие показатели:
- пластовая дикость – смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа;
- максимальная кинематическая вязкость пластовой жидкости 1 ммс;
- водородный показатель попутной воды рН 6,0-8.3;
- содержание мехпримесей для обычного и коррозионостойкого не более 0,1 гл, износостойкого не более 0.5 гл;
- содержание сероводорода для обычного и износостойкого не более 0,01 гл; корозионостойкого до 1.25 гл;
- максимальное содержание полученной воды 99%;
- свободного газа на приеме до 25%, для установок с модулями – сепараторами до 55%;
- максимальная температура добываемой продукции до 90С.
В зависимости от поперечных размеров применяемых в комплекте установок погружных центробежных электронасосов, элетродвигателей и кабельных линий установки условно делятся на 2 группы 5 и 5 а. С диаметрами обсадных колонн 121.7 мм; 130 мм; 144,3 мм соответственно.
Установка УЭЦ состоит из погружного насосного агрегата, кабеля в сборе, наземного электрооборудования – трансформаторной комилентной подстанции. Насосный агрегат состоит из погружного центробежного насоса и двигателя с гидрозащитой, спускается в скважину на колонне НКТ. Насос погружной, трехфазный, асинхронный, маслозаполненный с ротором.
Гидрозащита состоит из протектора и компенсатора. Кабель трехжильный с полиэтиленовой изоляцией, бронированный.
Погружной насос, электродвигатель и гидрозащита соединяются между собой фланцами и шпильками. Валы насоса, двигателя и протектора имеют на концах шлицы и соединяются шлицевыми муфтами.
1.2.2. Погружной центробежный насос.
Погружной центробежный насос по принципу действия не отличается от обычных центробежных насосов, применяемых для перекачки жидкости. Отличие в том, что он многосекционный с малым диаметром рабочих ступеней – рабочих колес и направляющих аппаратов. Рабочие колеса и направляющие аппараты насосов обычного исполнения изготавливают из модифицированного серого чугуна, насосов коррозионностойких – чугуна типа «нирезист», износостойких колес – их полиамидных смол.
Насос состоит из секций, число которых зависит от основных параметров насоса – напора, но не более четырех. Длина секции до 5500 метров. У модульных насосов состоит из входного модуля, модуля – секции. Модуль – головки, обратного и спускного клапанов. Соединение модулей между собой и входного модуля с двигателем – фланцевое соединение (кроме входного модуля, двигателем или сепаратором) уплотняются резиновыми манжетами. Соединение валов модулей-секций между собой, модуля-секции с валом входного модуля, вала входного модуля с валом гидрозащиты двигателя осуществляется шлицевыми муфтами. Валы модулей-секций всех групп насосов имеющих одинаковые длины корпусов унифицированы по длине.
Модуль-секция состоит из корпуса, вала, пакета ступеней (рабочих колес и направляющих аппаратов), верхнего и нижнего подшипников, верхней осевой опоры, головки, основания, двух ребер и резиновых колец. Ребра предназначены для защиты плоского кабеля с муфтой от механических повреждений.
Входной модуль состоит из основания с отверстиями для прохода пластовой жидкости, подшипниковых втулок и сетки, вала с защитными втулками и шлицевой муфтой, предназначенной для соединения вала модуля с валом гидрозащиты.
Модуль-головка состоит из корпуса, с одной стороны которого имеется внутренняя коническая резьба для подсоединения обратного клапана, с другой стороны – фланец для подсоединения к модулю-секции, двух ребер и резинового кольца.
В верхней части насоса имеется ловильная головка.
Отечественной промышленностью выпускаются насосы с подачей (м/сут):
Модульные – 50,80,125,200.160,250,400,500,320,800,1000.1250.
Немодульные – 40.80,130.160,100,200,250,360,350,500,700,1000.
Следующих напоров (м)- 700, 800, 900, 1000, 1400, 1700, 1800, 950, 1250, 1050, 1600, 1100, 750, 1150, 1450, 1750, 1800, 1700, 1550, 1300.
1.2.3. Погружные электродвигатели
Погружные электродвигатели состоят из электродвигателя и гидрозащиты.
Двигатели трехфазные, ассинхронные, короткозамкнутые, двухполюсные, погружные, унифицированной серии. ПЭД в нормальном и коррозионном исполнениях, климатического исполнения В, категории размещения 5, работают от сети переменного тока частотой 50 Гц и используются в качестве привода погружных центробежных насосов.
Двигатели предназначены для работы в среде пластовой жидкости (смесь нефти и попутной воды в любых пропорциях) с температурой до 110 С содержащей:
- мехпримесей не более 0.5 г/л;
- свободного газа не более 50%;
- сероводорода для нормальных, не более 0.01 г/л, коррозионностойких до 1,25 г/л;
Гидрозащитное давление в зоне работы двигателя не более 20 МПа. Электродвигатели заполняются маслом с пробивным напряжением не менее 30 КВ. Предельнаядлительно допускаемая температура обмотки статора электродвигателя (для двигателя с диаметром корпуса 103 мм) равна 170 С, остальных электродвигателей 160 С.
Двигатель состоит из одного или нескольких электродвигателей (верхнего, среднего и нижнего, мощностью от 63 до 630 КВт) и протектора. Электродвигатель состоит из статора, ротора, головки с токовводом, корпуса.
1.2.4. Гидрозащита электродвигателя.
Гидрозащита предназначена для предотвращения проникновения пластовой жидкости во внутреннюю полость электродвигателя, компенсации объема масла во внутренней полости от температуры электродвигателя и передачи крутящего момента от вала электродвигателя к валу насоса. Существует несколько вариантов гидрозащиты: П, ПД, Г.
Гидрозащиту выпускают обычного и коррозионностойкого исполнений. Основным типом гидрозащиты для комплектации ПЭД принята гидрозащита открытого типа. Гидрозащита открытого типа требует применения специальной барьерной жидкости плотностью до 21 г/см, обладающий физико-химическими свойствами с пластовой жидкостью и маслом.
Гидрозащита состоит из двух камер сообщенных трубкой. Изменение объемов жидкого диэлектрика в двигателе компенсируется перетоком барьерной жидкости из одной камеры в другую. В гидрозащите закрытого
типа применяются резиновые диафрагмы. Их эластичность компенсирует изменение объема масла.
1.3. Краткий обзор зарубежных схем и установок.
Наиболее крупными фирмами, выпускающими погружные центробежные насосные установки являются «Реда ламп», «Оил дайнемикс».
Погружные центробежные насосы применяются для добычи нефтепродуктов в ряден стран.
Насосы имеют по 2 верхние и 2 нижние секции.
Рассчитаны на работу в скважинах:
- с температурой до 95С;
- содержание мехпримесей не более 0,5гл;
- сероводорода до 1,25 гл;
- свободного газа на приеме насоса до 35%.
После определения производительности скважины выбирается насос соответствующего размера. Характеристиками рабочего колеса центробежного насоса являются большое давление сверху вниз при низком уровне дебита. Чтобы продлить срок службы насоса, фирма ОДИ рекомендует использовать специальное оборудование, если предполагается значительное содержание песка – гофрированный резиновый подшипник – используется для осевой поддержки насоса. Резина обеспечивает прочную упругую поверхность осевого подшипника. Такая поверхность позволяет частица песка перекатывается по поверхности подшипника, не царапая ее. Канавки обеспечивают отвод для частиц песка, которые затем вымываются из подшипника. Если насос теряет осевую стабильность, вал начинает вращаться эксцентрично, что приводит к увеличению боковой нагрузки и эксцентричному вращению опорных шайб и сокращает срок службы насоса до нескольких часов.
Опорные модули с заполненными опорными колесами и подшипниками обеспечивают осевую и радиальную поддержку насоса благодаря износостойким материалам, намного тверже песка, устойчивым к воздействию агрессивных газовых и химических сред.
Насосы фирмы ОДИ отличаются от других зарубежных образцов:
- две опорные ступени насоса;
- валы секций не имеют своей пяты и, упираясь, друг в друга образуют вал, который передает осевую нагрузку на пяту расположенную в протекторе;
- валы соединяются между собой с помощью зацепления;
- вал, общей длиной более 24 метров имеет только одну осевую опору в нижней части и подвергается продольному изгибу;
- в каждой двенадцатой ступени размещены бронированные втулки.
Фирма выпускает насос двух габаритов: 139.7 мм и 177.8 мм (диаметры обсадных колонн) следующих типов ( таблица 1.1)
Таблица 1.1.
Тип
насоса
Наружный
Диаметр,
(мм)
Максимальная мощность на валу насоса, КВт
Номинальная подача,
м/сут
Допустимое давление на пяту,
м.в.ст.
R 3
30-50
3862
RC 5
50-73
RA 7
90-125
R 9
109-133
RC 12
101,6
200
133-186
R 14
150-212
RA 16
186-239
RA 22
239-311
R 32
311-437
2652
R 38
437-570
1676
Двигатель фирмы отличается конструкцией – число пазов ротора и статора 18 и 23 соответственно, у других соответственно 18 и 16. Двигатели очень чувствительны к температуре, имеют малый температурный запас. Очень важна скорость обливающей их жидкости, фирма специально оговаривает диаметры скважин, в которые ставят ее двигатели. Фирма ODI предусматривает регуляторы частоты вращения двигателя и считается, что плавный пуск защитит двигатель, хотя есть вероятность того, что высокий ток на отдельных фазах может выбить пробки. В общем. Технические характеристики у двигателей фирмы ODI ниже, чем у отечественных двигателей.
Фирма ODI скопировала советские протекторы ГД и 1Г51. Она использует к гидрозащите вихревые газосепараторы KGV и RGV, если объем свободного газа на приеме достигает 10%. Используются для определения влияния повышенного содержания газа на работу насоса (рабочие характеристики вихревых газосепараторов).
Фирма ODI не является лучшей фирмой, представляющей на мировом рынке погружные центробежные насосы, но и не является плохой фирмой.
Более конкретно о технических данных насосов фирмы ODI представлено в приложении.
При разработке конструкции ступеней насосов фирмауделяет особое внимание проблеме защиты от абразии.
1.В ODI используется особая конструкция диффузора во всех ступенях насосов 55 и 70 серий для того, чтобы исключить попадание песка в область опорной втулки.
Конструкция ступени фирмы ODI представлена на рис.1.4.
1 – балансная гидравлическая конструкция устраняет необходимость балансных отверстий;
2 - пьедестальная конструкция позволяет плавный проток жидкости в рабочее колесо;
3 – поскольку в нормальном режиме рабочее колесо давит на опору сверху, такая конструкция препятствует попаданию песка в область между втулкой рабочего о поры диффузора;
4 – две опоры с феноловыми шайбами уменьшают радиальную нагрузку и увеличивают продолжительность службы шайб.
1.4.Аанализ работы ЭЦН..
1.4.1.Анализ фонда ЭЦН по АО “Сургутнефтегаз”
Таблица 1.1.
состояние
всего
Т И ПО Б О Р У Д О В А Н И Я
ЭЦН5-20
ЭЦН5-30
ЭЦН5-80
ЭЦН5-125
ЭЦН5М-50
ЭЦН5-250
ЭЦН5А-250
ЭЦН5А-400
ЭЦН5А-500
ЭЦН5А-16
ЭЦН5А-25
Центрилифт
ODI
ВНН
ЦУНАР
прочие
Спущено в скважину
7769
302
27
1535
843
3891
360
148
73
33
17
6
105
387
42
0
0
В работе
6857
221
25
1372
768
3372
333
139
65
31
8
2
105
375
41
0
0
В простое
912
81
2
163
75
519
27
9
8
2
9
4
0
12
1
0
0
1.4.2 Анализ фонда скважин.
1.4.3. По подаче.
За последние годы было выпущено около 1042 насосов типа ЭЦН, из них :
2,5% - ЭЦН 20
38,9% - ЭЦН 50
15,0% - ЭЦН 80
12,1% - ЭЦН 125
1,7% - ЭЦН 160
7,6% - ЭЦН 200
7,3% - ЭЦН 250
2,5% - ЭЦН 360
11,3% - ЭЦН 500
Таблица 1.2.
Типоразмер
Фонд
на 1.01.97
Типоразмер
Фонд
на 1.01.97
ЭЦН 30
25
ЭЦН 200
76
ЭЦН 50
389
ЭЦН 250
73
ЭЦН 80
150
ЭЦН 360
25
ЭЦН 125
121
ЭЦН 500
113
ЭЦН 160
17
Всего
989
Импортного производства:
Таблица1.3.
Типоразмер
Фонд
на 1.01.97
Типоразмер
Фонд
на 1.01.97
R – 3
6
RA – 16
1
RC – 5
9
RA – 22
1
RA – 7
5
R – 32
2
R – 9
6
R – 32
10
RC – 12
7
Всего ODI
53
R - 14
6
1.4.4.По напору.
По напору насосы распределились следующим образом:
35,7% - напор 1300 метров
17,8 – напор 1200 метров
напор 1400 метров
напор 1700 метров
напор 900 метров
напор 750 метров
напор 100 метров
В настоящее время растет необходимость в напоре 1300, 1700, 1800 метров с подачей 30.50 кубических метров.
1.5. Краткая характеристика скважин
Скважины бурились на месторождениях кустовым способом, все наклонно-направленные. Средняя глубина до 3000 метров. Угол наклона скважины до 45. Глубина спуска насоса колеблется в пределах от 1200 до 1700 метров.
Динамический уровень:
-самый малый – устье;
-самый большой – > 1000 метров.
Динамический уровень в основном колеблется в пределах от 0 до 800 метров. В настоящее время наблюдается все большее снижение уровня нефти в скважинах месторождений, увеличение числа скважин с динамическим уровнем больше одного километра.
Распределение фонда УЭЦН по динамическим уровням за 1996 год представлено в таблице 1.4.
Таблица 1.4.
0-200
201-400
401-800
801-1000
>1000
всего
действ.
фонд.
193
152
389
166
115
1015
1115
17,3%
13,6%
34,9%
14,9%
10,3%
91,0%
100%
1.6.Анализ неисправностей ЭЦН.
На предприятиях используются как модульные, так и немодульные насосные установки.
К неисправностям насосных установок можно отнести следующие неисправности:
- реже всего выходит из строя гидрозащита, основной поломкой является прорыв резиновой диафрагмы;
- двигатели выходят из строя из-за пробоя статора нижнего или верхнего оснований, а также коррозии корпуса;
- насос выходит из строя чаще всего из-за засорения мехпримесями, быстро изнашивается вал насоса.
Распределение отказов УЭЦН по укрупненным причинам за 1997 год представлен в таблице 1.5.
Таблица 1.5.
причины
НГДП
Нет подачи
200
R - 0
1020
Клин
15
Негерметичность НКТ
32
прочие
48
ВСЕГО
1315
Причины отказа погружных насосов выглядят следующим образом:
Таблица 1.6.
№
Причины отказа
1996 г.
1995 г
1
Мехповреждение кабеля
71
69
2
Засорение мехпримесями
162
118
3
Агрессивная среда
1
7
4
Негерметичность НКТ
14
7
5
Несоответствие кривизны
6
27
6
Некачественное глушение
2
2
7
Электроснабжение
3
6
8
Нарушение э/колонны
1
2
9
Некачественный монтаж
29
65
10
Полет ЭЦН
7
1
11
Комплектация несоотв. заявке
26
18
12
Бесконтрольная эксплуатация
39
35
13
ГТМ
17
4
14
Причина не выявлена НГДП
59
53
15
Прочие
91
-
Итого по вине НГДП
528
414
16
Брак ремонта кабеля
7
12
17
Брак ремонта ПЭД
9
8
18
Брак ремонта гидрозащиты
1
4
19
Брак ремонта насоса
1
-
20
Скрытый дефект оборудования
31
13
21
Причина не установлена ЭПУ
3
1
Итого по вине ЭПУ
52
38
НДП + ЭПУ
Спорные
Заводской брак
5
14
Итого отказов
585
466
Из таблицы видно, что самым значительным техническим фактором, влияющим на работу установок ЭЦН. И являющимися причинами выхода из строя можно назвать мехповреждения кабеля, засорение примесями, некачественный монтаж, а также несоответствие кривизны ствола скважины, и бесконтрольное эксплуатация. Отсюда следует, что забивание мехпримесями является важным фактором влияющим на срок службы насоса, а борьба с ними должна привести к увеличению межремонтного периода установки. За 1997 год межремонтный период и наработки на отказ имеют следующие значения:
Таблица 1.7.
Эксплуат.
фонд
Действ.
фонд
Отказы
Наработка
на отказ
Кол-во
ремонтов
МРП
Средний дебет
Обводненность
1995
1996
1995
1996
1995
1996
1995
1996
1995
1996
1995
1996
1995
1996
1995
1996
1576
1431
1168
1115
1172
1315
264
266
1226
1224
310
310
114.5
122.6
89,0
90,4
1.7.Анализ аварийного фонда по НГДУ «Лянторнефть»
В 1997 году произошло 60 полетов на 60 скважинах оборудованных установками электроцентрированных насосов. За прошедшие 5 лет наметилась тенденция увеличения количества аварий по фонду УЭЦН. В отчетном году аварийность повысилась на 16 скважин, по сравнению с аналогичным периодом 1996 года. Большая часть полетов произошли в результате расчленения фланцевых соединениях УЭЦН – 48%. Здесь следует выделить обрывы по шпилькам между секциями насоса – 25% и метод ПЭД и протектором гидрозащиты – 10%. Следующая группа обрывов – обрывы по НКТ. Основная доля обрывов приходится на нижнюю и верхнюю часть колонны НКТ, соответственно – 44% и 38%. Все остальные аварии относятся к категории частных случаев. Последняя большая группа аварий – это аварии по причине слома по телу узлов УЭЦН. По данной причине 4 полета получено в результате слома по телу корпуса секций насосов, 3 – по корпусу гидрозащиты, 1 – по телу ловильной головки. Сломы по «шейки насосов» возросли с 1 полета в 1996 г до 5 в 1997 году. Проводя анализ эксплуатации аварийного фонда скважин УЭЦН достаточно четко просматривается влияние осложняющих факторов на работу УЭЦН ставших причиной полета на этих скважинах. В первую очередь, львиная доля полетов получена на таких пластах, как А4-5 и А 2-3, где наблюдаетсяинтенсивный вынос мехпримесей и высока степень коррозии. Высокое содержание мехпримесей в добываемой жидкости наблюдается практически по всем скважинам аварийного фонда, особенно на момент запуска и первых дней эксплуатации.Более того по ряду скважин в период работы содержание мехпримесей не только остается на одном уровне, но и увеличивается. Снижение выноса мехпримесей говорит о том, что установка начала снижать свою производительность из-за износа рабочих органов насоса.
Основными причинами аварий являются следующие факторы:
1.Повышенное содержание мехпримесей в добываемой жидкости как после ремонта, так и в процессе эксплуатации, что вызывает интенсивный износ оборудования, что в свою очередь повышает вибрационные нагрузки.
2.Некачественные крепежные материалы, применяемые при монтаже УЭЦН, которые не выдерживают вибрационные нагрузки в процессе работы. Монтаж зачастую проводится крепежными материалами не соответствующими ГОСТ.
3.Увеличение полетов 1997 году связано также низким уровнем обеспечения нефтепромысловым оборудованием, в результате чего не обновляется парк подземного оборудования.
4.Недостаточным контролем со стороны технических служб ДАОЗТ за режимом работы скважин.
5.«Спутник».
Предлагаемые меры по сокращению аварийности:
1.Повышать контроль за работой скважин, особенно по пластам А 4-5 и А
2-3. Здесь необходимо 1 раз в месяц отбирать пробу добываемой местности на анализ содержания мехпр