Основные показатели УЭДН 5

Погружной диафрагменный электронасос опускается в сква­жину на на­сос­но-компрессорных трубах ГОСТ 633-80 условным диаметром 42, 48 или 60 мм. Для увеличения объема кольцевой шламовой камеры у шламовых труб первая тру­­ба над электрона­сосом должна иметь диаметр 60 мм. Между первой и вто­рой трубами устанавливается сливной клапан. Кабельная линия, по которой под­водится электроэнергия к электронасосу, крепится к трубам поясами по ме­ре спуска, на поверхности скважины она соединяется с комплектным устройст­вом или с разъединитель­ной коробкой системы электрооборудования, предох­ра­няющей комплектное устройство от попадания в него нефтяного газа по ка­бе­лю. На поверхности скважины располагается устьевое обо­рудование, конст­рук­ция которого выбирается потребителем ус­тановки в зависимости от условий эксплуа­тации. Устьевое обо­рудование соединяется специальным отводом с на­зем­ным тру­бопроводом. Электроконтактный манометр соединяется трубкой ма­нометра с отводом, а сигнальным проводом — с комплект­ным устройством. Для предупреждения обратного движения от­качиваемой жидкости из назем­но­го трубопровода в НКТ отвод снабжается обратным клапаном.

Насосно-компрессорные трубы, устьевое оборудование, отвод­ной трубоп­ро­вод и обратный клапан не входят в комплект постав­ки установки типа УЭДН5, их выбирает и приобретает потреби­тель установок в зависимости от усло­вий эксплуатации скважины.

Габаритные размеры установок типа УЭДН5: диаметр — 117 мм, длина — 2700 мм. Масса установок от 2715 (УЭДН5-4-1700) до 1377 кг (УЭДН5-16-650).

Установки и электронасосы различных типоразмеров полно­стью унифи­ци­ро­ваны и отличаются сечением и длиной кругло­го кабеля кабельной линии, а так­же рабочим диаметром смен­ной плунжерной пары, входящей а состав плун­жер­ного насоса.

Погружной диафрагменный электронасос типа ЭДН5 выпол­нен в виде вертикального моноблока, включающего четырехполюсный асинх­рон­ный электродвигатель, конический редуктор и плунжерный насос с эксцент­ри­ковым приводом и возвратной пружиной. Эти узлы расположены в общей ка­ме­ре, заполнен­ной маслом и герметично изолированной от перекачиваемой сре­ды резиновыми диафрагмой (в верхней части) и компенсато­ром (в нижней час­ти).

В контакт с перекачиваемой жидкостью вступают только вса­сывающий и наг­не­тательный клапаны, расположенные в голов­ке над диафрагмой. Головка сое­диняется резьбой с корпусом. Насосная часть присоединяется к элект­род­ви­га­телю при помо­щи цилиндрического стакана, который монтируется после за­вер­шения сборки электронасоса. В головке установлены три токоввода, сое­ди­няе­мые дополнительным штекерным разъемом с выводными концами обмотки ста­тора электродвигателя. Сетка предохраняет газосепаратор и всасывающий кла­пан от попада­ния крупных частиц. Патрубок и муфта служат для монтажа элект­ронасоса на устье скважины и соединения его с НКТ. Трубка защищает наг­­нетательный клапан от осаждения песка.

Электронасос заполняется маслом и испытывается в заводс­ких условиях. На устье скважины он поступает полностью подготовленным к спуску. При мон­та­же электронасоса на устье сква­жины с токовводов снимаются транс­пор­ти­ровочные крышки и подсоединяется муфта кабеля.

Для привода погружных диафрагменных электронасосов типа ЭДН5 всех ти­поразмеров служит погружной асинхронный четырехполюсный электрод­ви­га­тель типа ПЭДД 2,5-117/4B5. Элект­родвигатель выполнен в виде самос­тоя­тель­ного блока, что создает ряд преимуществ при его изготовлении, заводских испы­таниях, поставках потребителям и ремонте, а также при сборке с насосом.

Электродвигатели типа ПЭДД 2,5-117/4В5 выпускаются по техническим условиям ТУ 16-652.016-85.

Технические характеристики приведены ниже.

Для управления погружными диафрагменными электронасо­сами типа ЭДН5 и их защиты от повреждении при аномальных условиях эксплуатации слу­­жит устройство комплектное типа Ш5163-3277У1.

Устройство выпускается по техническим условиям ТУ 16-656.109-86 и пред­­назначено для погружных электродвигателей мощностью 2,5 и 5,5 кВт. Уст­ройство выпускается в климати­ческом исполнении У (умеренный климат) для категории размещения I (открытая установка, под навесом), при этом тем­пе­ра­тура окружающего воздуха должна быть не ниже 40 °С. Это уст­ройство являет­ся составной частью установок погружных диафрагменных элект­ро­на­со­сов типа УЭДН 5 и установок погружных винтовых электронасосов типа УЭВНТ5.

Оно обеспечивает следующие функции управления:

· включение и отключение в ручном или автоматическом ре­жиме работы;

· автоматическое включение с регулируемой выдержкой времени от 2,5 до 60 мин при подаче напряжения питания после отключения;

· автоматическое повторное включение после отключения за­щитой от наг­руз­ки с регулируемой выдержкой времени от 3 до 1200 мин;

· возможность выбора режима работы с автоматическим повторным вклю­чением после срабатывания защиты от недогруз­ки или без авто­ма­ти­ческого повторного выключения;

· блокировку запоминания срабатывания защиты от перегрузки при отк­ло­нении напряжения в питающей сети выше 10 % или ниже 15 % от но­ми­нального знамения с автоматическим самозапуском при восста­нов­ле­нии напряжения питания;

· разновременность включения нескольких установок, под­ключенных к одно­му фидеру питания напряжением, которая обеспечивается различ­ны­ми установками времени автоматичес­кого включения в указанных вы­ше пределах;

· автоматическое включение или отключение в зависимости от значения давления в наземном трубопроводе по сигналу электроконтактного манометра;

· возможность управления с диспетчерского пункта.

Устройство обеспечивает следующие функции защиты:

- от коротких замыканий в силовой цепи напряжением 380 В;

- от перегрузки по току любой из фаз с выбором максималь­ного тока фазы:

- от недогрузки по току при срыве подачи электронасоса;

- от снижения напряжения питания;

- от включения после срабатывания защиты от перегрузки.

Устройство обеспечивает также:

- непрерывный контроль замыкания на землю силовой цепи;

- контроль тока в одной из фаз;

- сигнализацию состояния с расшифровкой причины отклю­чения;

- наружную мигающую световую сигнализацию об аварий­ном отклю­че­нии;

- возможность настройки приборов защиты на месте эксп­луатации (вы­бор рабочей зоны).

Устройство выполнено в металлическом шкафу односторон­него обслу­жи­ва­ния с передней и дополнительной дверьми для предохранения лицевых час­тей приборов и аппаратов от воздей­ствия внешней среды. Высота устройства (с подставкой и верх­ней лампой) 1600 мм, ширина 675 мм, глубина 560 мм, масса 125±10 кг.

В случае заказа установок типа УЭДН5 по варианту поставки ВП 03 они комплектуются системой электрооборудования, которая включает комплектное устройство типа Ш5103-3277У1, дооборудованное специальным блокиратором, и разъединитель­ную коробку, также оборудованную блокиратором. Указанная система обеспечивает защиту комплектного устройства от попа­дания в него неф­тяного газа, который может поступать из скважины по кабельной линии (меж­ду жилой и изоляцией), и по­зволяет устанавливать устройство на различ­ном удалении от ус­тья скважины.

Блокираторы комплектного устройства и разъединительной коробки обес­пе­чивают защиту технического персонала от на­пряжения сети.

Фирма «ИЖОЛ» производит на механическом заводе «Ку­пол» (г. Ижевск) мо­дификацию диафрагменных насосных ус­тановок УЭДН 5 с двигателями мощ­ностью 3 и 5,5 кВт, по ТУ 3665-007-00220440-93 обозначения которых предс­тавлены в таблице ниже [39].

УЭДН 5-4-2000 ПЭДДЗ Д117 мм УЭДН 5-4-2100 ПЭДД5,5 Д117 мм

УЭДИ 5-6,3-1500 L=2700, М =125 кг УЭДН 5-6,3-1600 L= 2700, М =125 кг

УЭДН 5-8-1300 УЭДН 5-8-1400

УЭДН 5-10-1200 УЭДН 5-10-1300

УЭДН 5-12,5-900 УЭДН 5-12,5-1000

УЭДН 5-16-750 УЭДН 5-16-850

УЭДН 5-20-600 УЭДН 5-20-800

Кроме изменения характеристик, имеются следующие допол­нения. На уста­новке используется стандартный токоввод, а так­же установлен обратный кла­пан для прокачки жидкости при проведении подземного ремонта.

Подача диафрагменного электронасоса определяется по сле­дующей фор­му­ле:

; (1.71)

где α — коэффициент подачи; s — скольжение электродвига­теля; е — ход плун­жера, обеспечиваемый эксцентриком, мм; f — частота тока; i — пе­реда­точ­ное число конического редуктора, р — число пар полюсов электродвигателя; d — диаметр плунжера.

Мощность, потребляемая электронасосным агрегатом,

(1.72)

где Н — развиваемый напор; γ — плотность перекачиваемой среды; η _н, η _р, η _э — КПД соответственно плунжерного насоса, ре­дуктора и электродвигателя.

Но, к сожалению, конструкции представленного типа насоса (ЭДН5) была не лишена ряда недостатков, в частности — схема одностороннего действия без ре­куператора мощности с боль­шим числом ходов диафрагмы. К тому же до­быч­ные возможно­сти представленных насосов ограничены мощностью механи­чес­кого редуктора, в связи с чем при увеличении дебита насоса необходимо соот­ветственно уменьшать развиваемый насосом напор. Поэтому были про­дол­же­ны работы по созданию новых конструкций.

Конструкции бесштанговых объемных насосов, разработан­ные в ОКБ БН сов­местно с ГАНГ им И. М. Губкина, лишены указанных недостатков [40]. Пред­ложенные насосы являются на­сосами двойного действия с приводом от пог­ружного электродвигателя, гидравлической трансмиссией и с блоком раз­де­ли­­тельных диафрагм. Схемы этих насосов представлены на рис 1.197, б. Уст­ройст­во гидравлической трансмиссии с преобразователем вращательного дви­же­­ния вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение рабочего орга­­на одинаково на всех схемах, представленных на рис. 1.197, б. В них вал пог­руж­ного электродвигателя 1, соединенного с корпусом объемного бесш­тан­го­вого насоса вращает вал силового насоса 2. Рабочая жидкость под давлением по каналу 3 проходит через силовой гидроуправляемый золотниковый распре­де­­литель 4 и попадает в камеру рабочего органа 5, вызывая его перемещение. Однов­ре­менно в движение приходит и жестко связанный с рабочим ор­ганом 5 зо­лотник пилотного распределителя 6. При достижении золотником пилотного расп­ределителя 6 крайнего положения, происходит переключение каналов под­вода рабочей жидкости к гидроуправляемому силовому золотниковому рас­пре­де­лителю 4 и его золотник перемещается в другое крайнее положение. Про­исхо­дит реверсирование движения потока жидкости в камере рабочего органа 5 и изменение направления его движения. Для защиты силового насоса 2 от пе­рег­рузки в гидравлической ли­нии установлен предохранительный клапан 7.

Рис. 1.197. Схемы объемных бесштанговых насосов двойного действия с роторным двигателем, гидравлической трансмиссией и двумя разделительными диафрагмами

Наиболее простой является схема, изображенная на рис. 1.197, а [41]. В ней золотник пилотного распределителя 6 непосредственно связан с одной из диаф­рагм 5. Эта схема имеет минимальное число пар трения и, соответственно, ще­лей, по которым проис­ходят утечки рабочей жидкости. Однако, для того, что­бы пре­одолеть силы трения в пилотном золотнике, а также для преодо­ления дав­ления рабочей жидкости на нижней торец золотника пилотного расп­ре­де­ли­те­ля 6, диафрагма 5 армирована пружиной 8. Усилие, развиваемое пружиной 8 в кон­це хода вниз, дол­жно быть больше суммарного усилия от сил трения и сил дав­ле­ния на нижний торец золотника пилотного распределителя 6. Свободная диаф­рагма 9 также армирована пружиной 10, что улуч­шает условия всасывания си­лового насоса 2 и уменьшает необ­ходимую высоту подпора для всего диаф­раг­менного насоса. Диафрагменный насос имеет также два всасывающих кла­па­на 11 и 12 и два нагнетательных клапана 13 и 14.

Из-за наличия пружин 8 и 10 на диафрагмы 5 и 9 в процессе работы дейст­вует перепад давления. При глубинах спуска скважинного насоса свыше 1000 м, этот перепад может достигать значительной величины и в диафрагмах 5 и 9 воз­никнут высо­кие дополнительные напряжения, что приведет к значительно­му сок­ращению их срока службы.

Схема, представленная на рис. 1.197, б [42] лишена указанно­го недостатка, для чего в схему введен в качестве рабочего орга­на поршень 5, вставленный в ра­­бочую камеру 8. Движение пор­шня 5 вверх осуществляется под действием дав­­ления, развивае­мого силовым насосом 2, а движение поршня 5 вниз — под дей­ст­­вием возвратной пружины. Диафрагма 11 соединена с надпоршневой зо­ной ра­бочей камеры 8, а диафрагма 10 попеременно через силовой золот­нико­вый рас­пределитель 4 то с зоной вса­сывания, то с зоной нагнетания силового на­соса 2. Во время работы насоса этой конструкции перепада давления на диаф­­рагмах 10 и 11 не создается. Диафрагменный насос также имеет два вса­сы­ваю­щих кла­па­на 12, 13 и два нагнетательных 14 и 15. К недостаткам данной схе­мы можно отнес­ти отсутствие жест­кой связи между деформацией диаф­раг­мы 10 и по­ло­же­нием пор­шня 4. В случае задержки поршня 4 в одном из про­ме­жу­точных поло­же­ний, наступает рассогласование в работе гидропривода, при­во­дящее к тому, что силовой насос 2, прорвав диафрагму, начинает выкачивать ра­бочую жид­кость из диафрагменного на­соса через нагнетательный клапан 14 в колонну на­сос­­но-компрессорных труб.

Конструкция объемного бесштангового насоса, показанного на рис. 1.197, в [35], лишена недостатков, присущих конструк­циям, показанным на рис. 1.197, а, 1.197, б. В этой схеме рабо­чий орган J выполнен по принципу пря­мо­дейст­вующего насоса. Такая конструкция позволила жестко связать объем ра­бо­чей жидкости, подающейся в диафрагменные камеры 8 и 9, с положени­ем зо­лот­ника пилотного распределителя 6. И, в случае замедле­ния движения поршня пря­модействующего насоса (например, при заедании), избыток рабочей жид­кос­ти через предохрани­тельный клапан 7 возвращается обратно на прием си­ло­во­го на­соса 2. Этот насос также имеет два всасывающих 10 и 11 и два нагне­та­тель­ных клапана 12 и 15. Кроме того, данная конструк­ция позволяет сделать блок диафрагм 8 и 9 — сменным и уста­навливать его только в тех случаях, ког­да добываемая нефть со­держит агрессивные компоненты или механические при­меси.

Конструктивная схема бесштангового объемного насоса двухстороннего дейст­вия с блоком разделительных диафрагм или без него является наиболее перс­пективной и рекомендуется для дальнейшей проработки и внедрения на про­­мыслах Западной Си­бири.

Как видно из представленного анализа конструкций, на се­годняшний день не удалось в полной мере реализовать возмож­ности диафрагменных насосов. Наи­более перспективными яв­ляются насосы с роторным приводом и гид­рав­ли­чес­кой транс­миссией двойного хода. Решение проблемы компенсации уте­чек и конт­роля положения диафрагмы является основным для всех видов гид­роп­ри­вод­ных насосов и пока, к сожалению, она не решена в должной мере.

ГЛАВА II.