Тема 4. Оборудование для эксплуатации скважин бесштанговыми погружными насосами.
Эксплуатация скважин погружными электроцентробежными насосами (ЭЦН)
На заключительной стадии эксплуатации вместе с нефтью из скважин поступает большое количество пластовой воды, применение штанговых насосов становится малоэффективным. Этих недостатков лишены установки электроцентробежных насосов (УЭЦН).
Погружные центробежные электронасосы для откачки жидкости из скважиныпринципиально не отличаются от обычных центробежных насосов, используемых для перекачки жидкостей на поверхности земли. Однако малые радиальные размеры, обусловленные диаметром обсадных колонн, в которые спускаются центробежные насосы, практически неограниченные осевые размеры, необходимость преодоления высоких напоров и работа насоса в погруженном состоянии привели к созданию центробежных насосных агрегатов специфического конструктивного исполнения. Внешне они ничем не отличаются от трубы, но внутренняя полость такой трубы содержит большое число сложных деталей, требующих совершенной технологии изготовления.
Бесштанговый способ добычи использует насосы:
1) Классических конструкций:
а) электроцентробежные насосы (ЭЦН);
б) электровинтовые насосы (ЭВН):
· погружные;
· с наземным приводом через штанги (относятся к штанговому способу добычи);
2) Иновационных конструкций:
Погружные центробежные электронасосы (ЭЦН) — это многоступенчатые центробежные насосы с числом ступеней в одном блоке (модуле) до 120, приводимые во вращение погружным электродвигателем специальной конструкции.
Погружной электродвигатель (ПЭД) питается с поверхности электроэнергией, подводимой по кабелю от повышающего автотрансформатора или трансформатора через станцию управления, в которой сосредоточена вся контрольно-измерительная аппаратура и автоматика.
Погружные центробежные электронасосы опускаются в скважину под расчетный динамический уровень обычно на 150 - 300 м. Жидкость подается по НКТ, к внешней стороне которых прикреплен специальными поясками (клямса) электрокабель. В насосном агрегате между самим насосом и электродвигателем имеется промежуточное звено, называемое протектором или гидрозащитой.
Установка электроцентробежного насоса (УЭЦН) (рис. 1) включает:
1. маслозаполненный электродвигатель ПЭД;
2.
| I. Внутри-скважинное оборудование |
3. приемную сетку насоса для забора жидкости;
4. многоступенчатый центробежный насос ПЦЭН;
5. колонна НКТ;
6. бронированный (плоский) трехжильный электрокабель;
7. пояски для крепления кабеля к НКТ (клямсы);
12. компенсатор.
8. устьевую арматуру;
9.
| II. Наземное оборудо-вание |
10.трансформатор или автотрансформатор;
11. станцию управления с автоматикой
Насос, протектор и электродвигатель являются отдельными узлами, соединяемыми болтовыми шпильками. Концы валов имеют шлицевые соединения, которые стыкуются при сборке всей установки.
При необходимости подъема жидкости с больших глубин модули погружного центробежного электронасоса соединяются друг с другом так, что общее число ступеней (рабочих колес) достигает 400. Всасываемая насосом жидкость последовательно проходит все ступени и покидает насос с напором, равным внешнему гидравлическому сопротивлению.
Рисунок 1 — Общая схема оборудования скважины установкой погружного центробежного насоса
Преимущества УЭЦН:
· малой металлоемкостью,
· широким диапазоном рабочих характеристик, как по напору (450 ÷ 2000 м вод.ст. (до 3000 м), так и по расходу, (обеспечивают подачу 10 ÷ 1300 м3/сут);
· достаточно высоким к. п. д.,
· возможностью откачки больших количеств жидкости
· большим межремонтным периодом (МРП).
Средняя по России подача по жидкости одной УЭЦН составляет 114.7 т/сут, что в 8 раз больше чем установка штангового скважинного насоса (УШСН) — 14.1 т/сут.
Все насосы по исполнению делятся на две основные группы:
1) обычного
2) износостойкого.
Подавляющая часть действующего фонда насосов (около 95 %) — обычного исполнения.
Насосы износостойкого исполнения предназначены для работы в скважинах, в продукции которых имеется небольшое количество песка и других механических примесей (до 1 % по массе).
По поперечным размерам все насосы делятся на 3 условные группы:
1) группа 5 (номинальный диаметр обсадной колонны, в дюймах, в которую может быть спущен данный насос) - имеет наружный диаметр корпуса 92 мм,
2) группа 5А — 103 мм
3) группа 6 — 114 мм.
Пример условного обозначения — УЭЦН МК5-50-1200,
где У - установка;
Э - привод от погружного электродвигателя;
Ц - центробежный;
Н – насос;
М - модульный;
К – коррозионно-стойкого исполнения;
5 – группа насоса;
50 - подача, м3/сут;
1200 – напор, м.
Погружные электродвигатели в установках применяются асинхронные, 3 фазные с короткозамкнутым ротором вертикального исполнения ПЭД40-103 — обозначает: погружной электродвигатель, мощностью 40 кВт, диаметром 103 мм. Двигатель заполняется специальным маловязким, высокой диэлектрической прочности маслом, служащим для охлаждения и смазки.
Для погружных электродвигателей напряжение составляет 380-2300 В, сила номинального тока 24,5÷86 А при частоте 50 Гц, частота вращения ротора 3000 мин–1, температура окружающей среды +50÷900С.
Модуль-секция насос — центробежный многоступенчатый, секционный. Число ступеней в насосном агрегате может составлять от 120 до 400.
При откачке электроцентробежными насосами пластовой жидкости, содержащей свободный газ, происходит падение их напора, подачи и к.п.д., а возможен и полный срыв работы насоса. Поэтому, если содержание свободного газа в жидкости на входе в насос превышает 25 % по объему, то перед всасывающей линией насоса устанавливают погружной газосепаратор.
Конструктивно газосепаратор представляет собой корпус, в котором на валу, соединенном с валом насоса, вращаются шнек, рабочие колеса и камера сепаратора.
Принцип действия. Газожидкостная смесь закачивается с помощью шнека и рабочих колес в камеру сепаратора, где под действием центробежных сил жидкость, как более тяжелая, отбрасывается к периферии, а газ остается в центре. Затем газ через наклонные отверстия отводится в затрубное пространство, а жидкость — поступает по пазам переводника на прием насоса.
Применение газосепараторов позволяет откачивать центробежными насосами жидкости с содержанием свободного газа до 55 %.
Оборудование устья скважин, эксплуатируемых глубинными центробежными насосами
Типичная арматура устья скважины, оборудованной для эксплуатации УЭЦН (рис.2), состоит из крестовины 1, которая навинчивается на обсадную колонну (колонная головка).
В крестовине имеется разъемный вкладыш 2, воспринимающий нагрузку от НКТ. На вкладыш накладывается уплотнение из нефтестойкой резины 3, которое прижимается разъемным фланцем 5. Фланец 6 прижимается болтами к фланцу крестовины и герметизирует вывод кабеля 4.
Арматура предусматривает отвод затрубного газа через трубу 6 и обратный клапан 7. Арматура собирается из унифицированных узлов и запорных кранов. Она сравнительно просто перестраивается для оборудования устья при эксплуатации штанговыми насосами.
Рисунок 2 — Арматура устья скважины, оборудованной УЭЦН