Описание и параметры установок

 

Состав узлов установки ЭЦН и их расположение приведены на рис. 5.2.

Скважинный насос является многоступенчатым и имеет от 80 до 500 и бо­лее ступеней.

Рис. 5.2. Установка электроприводного центробежного насоса:

1 — электродвигатель; 2 — гидрозащита; 3 — насос; 4 — кабельная линия; 5 — комплектное транс­форматорное устройство; 6 — клапан спускной; 7 — пояс; 8 — труба насосно-комп­рес­сор­ная; 9 — оборудование устья скважины; 10 — выносной пункт подключения кабеля; 11 — клапан обратный; 12 — газосепаратор; L и D ₁ — длина и диаметральный габарит на­сос­ного агрегата; D ₂ — диаметр резьбы НКТ

 

Жидкость поступает в насос через сетку, расположенную в его нижней час­ти. Сетка обеспечивает фильтрацию пластовой жидкости. Насос подает жид­кость из скважины в НКТ. Погружной электродвигатель — маслозаполненный, гер­метизированный. Для предотвращения попадания в него пластовой жид­кос­ти имеется узел гидрозащиты. Вал двигателя соединен с валом гидрозащиты и че­рез него с валом насоса. При применении асинхронных электродвигателей ва­лы имеют частоту вращения 2800— 2950 мин^-1.

Установки, предназначенные для откачки жидкости с повышенным со­дер­жа­нием газа, комплектуются модулями насосными-газосепараторами.

Электроэнергия с поверхности к двигателю подается по кабелю. Рядом с НКТ идет круглый, а около насосного агрегата — плоский кабель. Исполь­зо­ва­ние плоского кабеля позволяет несколько увеличить диаметр насоса и дви­га­те­ля, что благоприятно сказывается на их энергетические показатели.

Чтобы повысить эффективность использования внутреннего диаметра обсад­ной колонны, необходимо до минимума сократить зазор между ней и агре­гатом. Минимально допустимый зазор, гарантирующий безаварийный спуск и подъем оборудования, был найден и обоснован при помощи большого чис­ла экспериментов и результатов практики.

Практика показывает, что минимальный зазор может быть принят 6 мм. По внут­реннему размеру обсадных колонн и принятому зазору выбирают габариты пог­ружного агрегата.

Возможны три варианта расположения насоса, двигателя и токо­под­во­дя­ще­­го плоского кабеля, определяющих габарит погружного агрегата (рис. 5.3). В пер­вом случае (рис. 5.3, а) габарит погружного агрегата А _mах равен диаметру дви­гателя D _д, а диаметр насоса D _н и высота плоского кабеля h _к вписываются в га­барит двигателя. В этом случае можно получить большую мощность и иметь вы­сокий КПД электродвигателя. Однако максимальная подача будет умень­ше­на, так как подача центробежного насоса зависит от диаметра рабочего колеса в ку­бе, т.е. Q = f (D _н³).

Рис. 5.3. Схема компоновки скважинного насосного агрегата

 

При третьем варианте (рис. 5.3, в) D _н = D _д, а габарит погружного агрегата опре­деляется суммой размеров двигателя (или насоса), плоского кабеля и за­щит­ных устройств (защитных кожухов или ребер). Подача центробежного на­со­са при таком варианте расположения узлов агрегата будет максимальной, но мощ­ность электродвигателя при этом уменьшится. В отечественной и мировой прак­тике в основном применяют промежуточный вариант (рис. 5.3, б).

Окончательный выбор диаметров насоса и двигателя определяется наи­бо­лее выгодным соотношением КПД насоса и двигателя при минимальных по­те­рях энергии в кабеле и трубах [10].

В некоторых случаях плоский кабель применяется на всей глубине спуска, в том числе и у НКТ. При этом требуется строго следить за правильным разме­ще­нием кабеля, с тем, чтобы он не становился ребром к трубам, что может при­вес­ти к его повреждению при спуске. Необходимо отметить и проблему теп­лоот­вода от средней жильи плоского кабеля, что в сочетании с высокой темпе­ра­турой откачиваемой жидкости приводит зачастую к перегреву изоляции сред­ней жильи и отказу установки по кабелю.

Трансформатор применяют для повышения напряжения тока, получаемого от промысловой сети (обычно 380 В). У двигателя напряжение обычно больше (400—2000 В и выше). Кроме того, трансформатор необходим для компенсации сни­жения напряжения в длинном кабеле.

Станция управления позволяет включать и отключать установку вручную или автоматически по заданной программе и отключать ее при аварийном ре­жи­ме работы. Кроме того, станция имеет приборы, показывающие силу тока и нап­ряжение, а в некоторых модификациях — и другие параметры (например — соп­ротивление изоляции кабеля). Современные станции управления позволяют за­давать и поддерживать необходимые режимы работы системы «пласт — сква­жи­на — насосная установка» и проводить диагностику работоспособности УЭЦН.

Колонна НКТ оборудуется обратным 7 и спускным 9 клапанами (см. рис. 5.2). Обратный клапан размещается в специальной муфте с конической внут­рен­ней резьбой НКТ на концах. Обратный клапан имеет в муфте седло, шар и огра­ничитель подъема шара. В некоторых конструкциях обратных клапанов при­меняются другие виды запирающего элемента (конус, тарель). Обратный кла­пан позволяет при остановках насоса сохранить в колонне НКТ жидкость. Та­ким образом, при остановке жидкость не сливается из труб в скважину и не тра­тится время на заполнение труб при каждой остановке насоса. Кроме того, облегчается запуск установки. Запуск происходит при заполненной жидкостью ко­лонне подъемных труб, т.е. при большом напоре. Этот напор можно еще бо­лее увеличить, закрыв на устье выкидную задвижку. При больших напорах цент­робежный насос (по сравнению с малыми напорами и большей подачей), как известно, требует меньшей приводной мощности. Поэтому облегчается за­пуск установки, особенно при больших глубинах подвески.

Спускной клапан позволяет освободить колонну труб от жидкости перед подъе­мом агрегата из скважины, если в колонне установлен обратный клапан. Спуск­ной клапан расположен в специальной муфте, которая встраивается в ко­лон­ну труб. В муфту ввернут ниппель с внутренним отверстием, сооб­щаю­щим­ся с полостью скважины и закрытым в колонне труб. Ниппель выступает внут­ри труб так, что при сбросе в трубы ломика последний ломает ниппель и откры­ваю­щееся отверстие ниппеля соединяет трубы с полостью скважины. Жидкость пе­реливается по этому отверстию из труб в скважину. Применение такого спуск­ного клапана не рекомендуется, если в установке используют скребок для очист­ки труб от парафина. При обрыве проволоки, на которой спускается скре­бок, он падает и ломает ниппель, происходит самопроизвольный перепуск жид­кос­ти в скважину, что приводит к необходимости подъема агрегата. Поэтому при­меняются спускные клапаны и других типов, приводимые в действие за счет по­вышения давления в трубах, без спуска ломика.

Установки ЭЦН в России разработаны для скважин с обсадными ко­лон­на­ми 127, 140, 146 и 168 мм. Для обсадных колонн размера 146 и 168 мм имеются пог­ружные агрегаты двух габаритов. Один предназначен для скважин с наи­мень­шим внутренним диаметром (по ГОСТу) обсадной колонны. В этом случае и агрегат ЭЦН имеет меньший диаметр, а, следовательно, и меньшие пре­дель­ные величины рабочей характеристики (напор, подача, КПД). Агрегат других га­баритов предназначен для наиболее распространенных скважин с большим внут­ренним диаметром. Здесь агрегаты и их параметры могут быть большими (табл. 5.1). В таблице в скобках показана перспектива увеличения параметров уста­новок [21].

 

Таблица 5.1