Установки электроприводных диафрагменных насосов для добычи нефти

 

Диафрагменные насосы относятся к классу объем­ных. Они предназначены, в первую очередь, для эксплуатации мало- и среднедебитных нефтяных сква­жин которые, в настоя­щее время и в ближайшем обозримом будущем, являются ос­нов­ным фондом нефтяной промышленности России.

Насос состоит из гидравлической и приводной части. В гид­равлическую часть входит всасывающий и нагнетательный кла­паны, гидравлическая полость в которую поступает, а затем вытесняется добываемая жидкость и диафрагма, раз­деляющая на­сос на две части. Диафрагма выполняет две функции. Первая —вы­теснение добываемой жидкости и вторая — изолирование при­водной части от агрессивной добываемой среды. Приводная часть в зависимости oт конст­рук­­тивного исполнения может содержать, различные узлы. Ее сдачей является соз­дание усилия и его передача на диафрагму. По способу передачи энергии бесш­танговые диафрагменные насосы можно разделить на две группы, и пер­вую из которых входят насосы с погружным электроприво­дом, а во вторую — с по­верхностным гидроприводом.

В качестве привода в диафрагменных насосах для добычи нефти наиболее час­то используется электропривод. Были по­пытки использовать в качестве при­во­да соленоидные (электро­магнитные) и линейные электродвигатели, при­ме­не­ние которых приводит к значительным упрощениям в трансмиссии [35].

Соленоидный двигатель является наиболее простым по кон­струкции из наз­ванных и компактным. Недостатками его явля­ются низкий КПД и большая ско­рость движения рабочего орга­на. В настоящее время преодолеть эти не­дос­тат­ки является не­возможным, что затрудняет применение подобного двигателя для насосов, предназначенных для добычи нефти.

Линейный двигатель позволяет по сравнению с соленоид­ным уменьшить ско­рость поступательного движения якоря, но, к сожалению, имеет отно­си­тель­но низкий КПД (порядка 30 %), а, следовательно, и высокую рабочею темпе­ра­ту­ру обмоток. Так как диафрагменные насосы предназначены в первую очередь для малодебитных скважин, то охлаждение линейных электро­двигателей зат­руд­нено, поэтому в настоящее время они не ис­пользуются.

Роторный асинхронный электродвигатель является в настоя­щее время са­мым распространенным типом привода для погружных насосных установок, бла­годаря достаточно высокому КПД (свыше 80%) и высокой технической и тех­нологической отра­ботанности изготовления, эксплуатации и ремонта.

Система привода от двигателя к диафрагме называется транс­миссией и под­разделяйся на механическую и гидравлическую.

В диафрагменных насосах с механическим приводом диаф­рагмы имеется тол­катель, который жестко связан с диафрагмой. В период хода нагнетания диаф­рагма испытывает нагрузку, рав­ную давлению, создаваемому насосом, поэ­тому с ростом давле­ния, создаваемого насосом, срок службы диафрагмы рез­ко умень­шается. По этой причине при механическом приводе диафрагмы па­ра­метры насоса, как правило, жестко связаны с прочностными параметрами диаф­рагмы и ограничены сроком ее служ­бы. Так как давление, развиваемое пог­ружными насосами для добычи нефти, достаточно велико (порядка 10 МПа), то данный вид трансмиссии не может быть использован в насосах, пред­назначенных для долговременной работы в скважинах.

В насосах с гидравлическим приводом диафрагмы между ней и испол­ни­тель­ным органом насоса находится жидкая рабочая среда, которая, вытесняясь из рабочей камеры рабочим органом (например, — плунжером), воздействует на диафрагму, а через нее — на перекачиваемую среду. При этом диафрагма являет­ся лишь разделительным органом, отделяющим рабочую среду и испол­ни­тельные органы насоса от перекачиваемой среды. Дав­ление сред по обе сто­ро­ны диафрагмы практически одинаково. Если отклонение диафрагмы от нейт­раль­ного положения выб­рано с таким расчетом, что напряжения в материале диаф­рагмы незначительны, то работоспособность диафрагмы и срок ее служ­бы опре­деляется пределом выносливости материала при много­кратном изгибе в мес­те крепления диафрагмы к корпусу насоса. Кроме того, к достоинству этого ти­па трансмиссии относится возможность передачи больших мощностей при ма­лых размерах элементов, большой срок службы, обуславливаемый в зна­чи­тель­­­ной степени самосмазыванием всех элементов трансмиссии ра­бочей жид­костью и простыми средствами предохранения транс­миссии от перегрузок. К осо­бенностям данного вида трансмис­сии следует отнести высокие требования, предъяв­ляемые к ка­честву изготовления ее элементов, а также к самой рабочей жид­­кости, свойства которой должны оставаться стабильными при длительной ра­боте в условиях повышенной температуры и дав­ления. В связи с решением дан­ных задач современными струк­турами машиностроения и нефтехимии имен­но данный тип трансмиссии используется для диафрагменных насосов для до­­бычи нефти.

Однако, в случае применения гидравлического привода ди­афрагмы, необ­хо­димо в конструкции насоса предусмотреть уст­ройство для поддержания за­дан­ного нейтрального положения диафрагмы. Наиболее простыми являются устройст­ва открыто­го типа, когда конструкция насоса обеспечивает гаран­тиро­ван­­ную утечку из полости насоса в диафрагменную камеру, а отту­да, при обра­зо­вании некоторого определенного избытка рабочей жидкости, он сбрасывается в нагнетательный канал диафрагменного насоса. В этом случае в насосе должен быть достаточный объем рабочей жидкости для обеспечения необходимого сро­ка службы насоса.

Устройства по поддержанию нейтрального положения диафрагмы (иначе на­зываемая системой компенсации утечек — СКУ) позволяют регулировать объем рабочей жидкости в диафрагменной камере, добавляя ее туда или сбра­сы­­­вая избыток в сливную линию силового насоса. При использовании такой сис­темы потери рабочей жидкости минимальны, однако наличие такой си­стемы усложняет конструкцию насоса. В других случаях может быть применена ком­би­нированная система, при которой недостаток рабочей жидкости в диаф­раг­мен­ной камере компенсиру­ется из гидравлической системы насоса, а избыток — сбрасывается и нагнетательный канал диафрагменного насоса. Конкрет­ный вы­бор одного из способов поддержания нейтрального по­ложения диафрагм за­ви­сит от конструкции насоса и, в частно­сти, от конструкции диафрагм.

Как уже указывалось выше, одной из наиболее важных час­тей насоса являет­ся диафрагма. Часто именно ее долговечность определяет долговечность насоса, так как клапаны имеют доста­точный ресурс и их конструкция хорошо отработана, а привод­ная часть насоса отделена от агрессивной среды диаф­раг­мой и поэтому имеет также высокие показатели долговечности. Так как особен­ности исполнения диафрагм зависят от конструкции насоса, то в начале расс­мот­рим их.

Скважинные диафрагменные насосы могут быть как одно­стороннего, так и двустороннего действия. Насосы односторон­него действия позволяют зна­чи­тель­но упростить конструкцию и уменьшить габариты. Однако, при этом появ­ляет­ся значительная неравномерность загрузки привода, что снижает его КПД и надежность. Этот недостаток можно существенно ослабить при применении ре­ку­ператоров энергии холостого хода. При этом снижается необходимая уста­но­воч­ная мощность привода и улуч­шаются условия его работы, повышается общий КПД. В то же время наличие рекуператора усложняет конструкцию на­со­са. Кроме того, выход из строя рекуператора приводит к прекраще­нию ра­бо­ты насоса. Поэтому насосы одностороннего действия изготавливаются не­боль­шой мощности (3—5 кВт).

Насосы двухстороннего действия имеют при одной и той же установочной мощ­ности электродвигателя подачу в 1,5—1,7 раз большую, чем насос однос­то­рон­него действия, из-за отсутствия. Холостого хода и более равномерную наг­руз­ку на электродвига­тель. Поэтому этот принцип может быть рекомендован при изготовлении насосов большой мощности (свыше 5 кВт)

В насосах используются различные конструкции диафрагм.

Плоская — наиболее простая и технологичная форма диаф­рагмы. При исполь­зовании гидравлического привода легко ус­танавливается точка наи­боль­ше­го прогиба, что упрощает проек­тирование устройств компенсации. К недос­тат­кам данной кон­струкции относится небольшая предельно допустимая ве­ли­чи­на прогиба подобных диафрагм, что делает затруднительным при­менение их в насосах, рассчитанных на большие подачи (свыше 20 м³/сут).

Сильфом — этот тип диафрагм позволяет изменять объем ди­афрагменной ка­меры в несколько раз. Кроме того, величина и направление изменения ее объе­ма могут легко контролироваться, что облегчает создание устройств ком­пен­сации смещения нейтрального положения диафрагмы при гидравлическом при­воде. К недостаткам данной конструкции сле­дует отнести сравнительно боль­шой мер­твый объем, а также значительные дефор­мации материала диаф­раг­мы в местах пе­регибов гофр. Кроме того, при определен­ных условиях диаф­раг­мы сильфонного типа могут терять свою устойчивость и складываться не под­лине, а поперек. Эти диафрагмы могут быть рекомендованы для насосов боль­шой производительности (свыше 20 м³/сут).

Цилиндрическая — эти диафрагмы так­же позволяют изменить объем диаф­раг­­менной камеры в несколько раз, причем при этом не образуется мест с вы­со­кой степенью деформации. Кроме того, эти диафрагмы более просты по конст­рук­ции, чем сильфонные. Однако, при применении цилиндрических диаф­рагм труд­но определить направление их максимального проги­ба, что затрудняет проек­тирование устройств компенсации. В целом применение подобных диаф­рагм оправдано при проек­тировании насосов на большие подачи и давления.

Рис. 5.193. Сильфонная диафрагма:

D — наружный диаметр; d — внутренний диаметр; δ — толщина оболочки

Рис. 5.194. Диафрагма:

а — балонная, б — рукавовидная

 

Различаются насосы и количеством диафрагм. Количество ди­афрагм зави­сит как от типа насоса — одностороннего или двух­стороннего действия, так и от его конструкции. Например, рабо­чие диафрагмы, деформация которых изме­няет объем рабочих камер, и вспомогательные, связанные с устройством ком­пен­са­ции. В целях увеличения надежности насоса могут быть установ­лены двой­ные диафрагмы, так, чтобы прорыв одной из них не вывел бы насос из строя. Таким образом, количество диафрагм диктуется очень большим числом фак­торов. В нефтяной промыш­ленности нашли применение одно- и двухдиаф­раг­менные насосы.

Диафрагмы, используемые при добыче нефти, изготовлены из эластичных ма­териалов. Условия эксплуатации предъявляют целый ряд требований к вы­бо­ру материала. Во-первых, матери­ал должен быть стоек к действию нефти и плас­товой воды, име­ющей, как правило, кислую реакцию. Во вторых, материал дол­­жен быть износостоек к абразивному действию механических примесей (за­час­тую с высокой твердостью), содержащихся в до­бываемой жидкости. В третьих, материал должен выдерживать большое количество циклов наг­ру­же­ния. Как правило, для изго­товления диафрагм используется маслобензостойкая ре­зина.

Для работы в нефтяной промышленности был предложен целый ряд конст­рук­ций погружных диафрагменных насосов. Ниже дано описание нескольких наи­более перспективных схем таких насосов для добычи нефти

На рис. 5.195 показана схема погружного объемного насоса с линейным дви­гателем, гидромеханическим рекуператором энер­гии холостого хода и раз­де­лительной диафрагмой. Данная схема была разработана в ОКБ БН под дви­га­тель института электроди­намики АН УССР [35]. Мощность двигателя сос­та­ви­ла 2,5 кВт, КПД — 25 %, подача насоса — 2 м³/сут, напор — 1200 м.

Над линейным двигателем 1 установлен корпус диафрагменного насоса 2. Рабочий орган 3 линейного электродвигателя 1 соединен с рабочим цилиндром 4, имеющим закрытый нижний конец. Рабочий цилиндр 4 одет на неподвижный по­лый плун­жер 5, во внутреннюю полость которого вставлена сменная втулка 6 Внутренний канал полого плунжера 5 соединен с нижней частью диаф­раг­мен­ной камеры 7. Диафрагменная камера 7 раз­делена плоской диафрагмой 8 на две час­ти. Верхняя часть диаф­рагменной камеры 7 имеет канал 9, в который вы­хо­дят всасыва­ющий 10 и нагнетательный 11 клапаны. Входное отверстие вса­сы­ваю­щего клапана 10 закрыто фильтрующей сеткой 12. Для использования энер­гии холостого хода и снижения усилия развиваемого линейным двигателем при ра­бочем ходе, в конструк­ции насоса предусмотрен рекуператор, состоящий из вспо­мога­тельного цилиндра 13, поршнем которого является рабочий цилиндр 4, нес­кольких плунжеров 14, нижний торец которых со­единен гидроканалом 15 со вспо­могательным цилиндром 13, и пружины сжатия 16. Для компенсации уте­чек рабочей жидкости из системы рекуперации, ее полость при помощи канала 17, перекрытого клапаном 18, соединена с внутренней полостью элек­тро­дви­га­те­ля 7. Для поддержания нейтрального положения ди­афрагмы 8 в насосе 2 пре­дус­мот­рен специальный механизм ком­пенсации, состоящий из золотни­ка 19, свя­занного штоком с цен­тральной частью диафрагмы 8. Плунжер золотника 19 пе­рекры­вает в нейтральном положении верхний 20 и нижний 27 кана­лы, сое­ди­няю­щие полость под диафрагмой 8 с полостью элект­родвигателя 7. В каналах 20 и 27 установлены обратные клапаны 22 и 23.

Насос работает следующим образом. При включении элект­родвигателя 7, его рабочий орган 3 начинает вместе с рабочим ци­линдром 4 перемещаться вниз. При этом начинает увеличивать­ся свободный объем в рабочем цилиндре 4 и рабочая жидкость начинает перетекать в него по каналу в полом плунжере 5 из диафрагменной камеры 7. Диаф­рагма допускается, всасывающий клапан 10 открывается и пласто­вая жидкость, пройдя через сетку фильтра 12, попадает в наддиафрагменную зону диафрагменной камеры 7. Одновременно рабочая жид­кость, вытесняемая рабочим цилиндром 4 из вспомогательного цилиндра 13, пос­тупает под плунжеры 14. Плунжеры 14, выдвигаясь из своих пазов, сжи­мают пружину 16. Осуществля­ется цикл всасывания.

Рис. 5.195. Схема бесштангового объемного насоса с линейным двигателем, гидромеханическим рекуператором энергии холостого хода и плоской разделительной диафрагмой с гидравлическим приводом

 

При достижении рабочим органом 3 электродвигателя 1 сво­ей нижней точ­ки, происходит реверсирование движения рабо­чего органа 3. Рабочий орган 3 электродвигателя 1 начинает дви­жение вверх. В дополнение к усилию, раз­ви­вае­мому линейным двигателем, высвобождается энергия сжатой пружины 16, ко­то­рая начинает перемещать плунжеры 14 вниз. Рабочая жидкость, вы­тес­няе­мая из-под плунжеров 14, давит на нижнюю кромку рабочего цилиндра 4. Та­ким образом, усилие, развиваемое пружиной 16, складывается с усилием, раз­ви­ваемым электродвига­телем 1. При перемещении рабочего цилиндра вверх, его внут­ренний объем уменьшается и рабочая жидкость по каналу в плун­жере 5 пос­тупает в диафрагменную камеру 7, вызывая переме­щение диафрагмы 8 вверх. Объем наддиафрагменной зоны ди­афрагменной камеры 7 уменьшается, обрывается нагнетатель­ный клапан // и пластовая жидкость попадает в колонну насосно-компрессорных труб. Осуществляется цикл нагнетания. При этом, если к концу хода из-за утечек рабочей жидкости из сис­темы рекуперации, плун­же­ры 14 уже дошли до нижнего поло­жения, а рабочий цилиндр 4 продолжает дви­­жение вверх, то под ним во вспомогательном цилиндре 13 возникает раз­ря­же­ние, клапан 18 открывается и рабочая жидкость из полости электродвигателя 1 поступает в систему рекуперации.

Контроль крайних положении диафрагмы 8' осуществляется следующим обра­зом. В случае, если диафрагма 8 в конце цикла всасывания имеет прогиб боль­ше максимально допустимого, плунжер золотника 19, перемещаясь вниз, отк­рывает верхний канал 20. Клапан 22 открывается и под диафрагму 8 пос­ту­пает рабочая жидкость из полости электронасоса 1. В случае, если в конце цик­ла нагнетания диафрагма 8 получает прогиб больше максимально допустимого, то плунжер золотника 19, перемеща­ясь вверх, открывает нижний канал 21. Кла­пан 23 открывается и избыток жидкости сбрасывается в полость элект­род­ви­га­те­ля 1.

Диафрагма отделяет внутренние полости погружного агрегата от пере­ка­чи­вае­мой среды и препятствую попаданию свобод­ного газа в цилиндр насоса, зна­чи­тельно снижая влияние вредного объема в насосе. Пленение подачи насоса осу­ществляется путем замены сменной втулки 6 на другую с большей пло­щадью поперечного сечения (для увеличения подачи) или с меньшей площадью по­перечного сечения (для уменьшения подачи). В связи с тем, что Институт элект­родинамики АН УССР не смог довести надежность своего элект­род­ви­га­те­ля до требуемой вели­чины, работы по созданию подобного насоса были приос­танов­лены. В связи с вышеизложенным в настоящее время в нефтяной про­мышленности применяются бесштанговые объемные на­сосы только с ро­тор­ным электродвигателем.

За рубежом основным разработчиком погружных диафрагменных насосов бы­ла германская фирма Pleuger Underwasserpussy Gmb. Ей принадлежит свыше де­сяти патентов на скважинные диафрагменные насосы различных типов. Наи­бо­лее удачная конструкция приведена на рис. 5.196 [36]. Корпус насоса 7 сое­ди­нен с электродвигателем 2, вал которого вращает конический редуктор 3. Ко­ни­ческий редуктор 3 преобра­зует вращение вала электродвига­теля 2 во вра­ще­ние горизонталь­ного низкоскоростного кулачко­вого вала 4. Кулачок набегает на толкатель 5, служащий одновре­менно плунжером диафрагменного насоса. Возв­рат толкателя 5 осу­ществляется при помощи пружи­ны 6. Контроль по­ло­же­ния диа­фрагмы осуществляется при по­мощи золотниковоuj устройства 7, плун­жер которого жестко связан с расположенной в рабочей каме­ре 8 диаф­раг­мой 9. При перемещение диафрагмы 9 выше предельного положения откры­вает­ся канал 10 и избыток масла сбрасывается в сливную линию. При пере­ме­ще­нии диафрагмы 9 ниже предельного положения, она ложится на нижнюю стен­ку рабочей камеры 8, под ней образуется разряжение и по каналу 11 ра­бо­чая жидкость из сливной линии поступает под диафрагму.

Рис. 5.196. Схема объемного бесштангового насоса с роторным двигателем, механической трансмиссией и плоской разделительной диафрагмой с гидравлическим приводом

 

Приведенный патент послужил основой для промышленного выпуска фирмой Pleuger насоса с подачей 10 м³/сутки, давлени­ем 10 МПа и КПД 39,9% [37].

Недостатком данного насоса является необходимость спуска и скважину до­­полнительной колонны труб для компенсации уте­чек рабочей жидкости. Кро­­ме того, использование в качестве рабочей только одной поверхности порш­­ня затрудняет созда­ние насосов такого типа для добычи нефти из сред­не­де­битных скважин.

В ОКБ БН была разработана аналогичная конструкция, но не требующая при­менение дополнительной колонны труб для компенсации утечек [38]. Имен­но эта конструкция и последую­щем была принята за основу при создании уста­но­вок электро­приводных диафрагменных насосов (УЭДН). В процессе испы­та­ний и подконтрольной эксплуатации были получены следую­щие харак­терис­ти­ки насоса.

В настоящее время по ТУ 26-06-1464-86 серийно выпускают­ся установки ти­па УЭДН5, предназначенные для добычи нефти из малодебитных скважин с внут­ренним диаметром обсадной колонны не менее 121,7 мм [38].

Рис. 5.197. Характеристика диафрагменного насоса ОКБ БН

Установка типа УЭДН5 (рис. 5.198) включает в себя погружной диаф­раг­мен­ный электронасос типа ЭДН5 1, комплектное устройство 8 для управления элект­ронасо­сом и его защиты, кабельную линию с муфтой штекерно­го типа 4, поя­са 5 для креп­ления кабельном линии к трубам 3, на которых элект­ронасос опус­кается в сква­жину, и клапан 2 для слива жидкости из труб перед подъемом элект­ронасоса на поверхность. Наземный тру­бопровод у устья скважины снаб­жен электроконтактным манометром 6 и обратным клапаном 7.

Электронасос скважинный диафрагменный (рис 5.199) выполнен в виде вер­­тикального моноблока, со­стоящего из асинхронного четырехполюсного элект­ро­двигателя 2, конического ре­дуктора 3 и плунжерного насоса 5 с эксцент­риковым приводом 4 и пружины 6. Все указанные узлы разме­шены в общей камере, за­полненной маслом, и герме­тично изолированы от пере­ка­чи­вае­мой среды. В нижней части насоса установлен резиновый компенсатор (для ком­­пенсации температурного изменения объема масла), а в верхней части уста­нов­­лена резиновая плоская диафрагма 7, которая является рабочим органом на­со­­са. Ком­пенсатор и диафрагма, кроме основной функции насоса, обес­пе­чи­вают герметичность приводной части насоса, т.е. изолируют ее от прока­чивае­мой жид­кости. Над диафрагмой установлены всасывающий 8 и нагнетательный 9 клапаны, монтажный патрубок и защит­ная сетка.

 

Рис. 5.198. Установка типа УЭДН5

 

В верхней части головки электро­насоса расположены три токоввода 10 для соеди­нения с муфтой кабельной линии. Внутри монтажного патрубка непос­редст­венно над нагнетательным клапаном установлен шламовый пат­рубок с муф­­той. Монтажный патрубок снабжен муфтой для соединения с насосно-комп­рессорной трубой диамет­ром 60 мм.

Для крепления защитной сетки и плоского кабеля предусмотрены зажи­мы и накладки.

Для защиты нагнетательного клапа­на от твердых частиц в конструкции на­со­са предусмотрены шламовые тру­бы, которые соединяются между собой с по­мощью конической резьбы. Затем их соединяют со шламовым патрубком элект­ронасоса. Верхняя труба сверху закрыта конусом, имеющим радиальные отверс­тия

Откачиваемая электронасосом жид­кость через нагнетательный клапан по­дается в шламовые трубы и через радиальные отверстия конуса выбрасывается в НКТ.

Рис. 5.199. Электронасос скважинный диафрагменный

Для слива жидкости из колонны НКТ при подъеме электро­насоса из скважины используют сливной клапан.

Обозначение установки УЭДН5-12,5-800 ВП 00-1,6 ТУ-26-06-1464-86 рас­шиф­ровывается следующим образом; У — установка; ЭДН5-12,5-800 — ти­по­раз­мер электронасоса; Э — при­вод от погружного электродвигателя; Д — диаф­­рагменный; Н — насос; 5 — номер группы электронасоса для использова­ния в скважинах с внутренним диаметром колонны обсадных труб не менее 121,7 мм; 12,5 — подача, м³/сут; 800 — напор, развиваемый электронасосом, м; ВП 00 — вариант поставки; 1,6 — верхний предел измерения манометра элект­ро­контакт­ного, МПа

При заказе указывается обозначение варианта поставки со­гласно табл. 5.87 и верхний предел измерения электроконтактного манометра в МПа из ряда 1; 1,6; 2,5. При отсутствии указания о варианте поставки и верхнем пределе измерения элек­троконтактного манометра установку поставляют в варианте ВП 00-1,6.

Установки типа УЭДН5 поставляют в виде составных частей в одном из вариантов поставки (ВП) согласно табл. 5.87.

С установками любых типоразмеров за отдельную плату по­ставляют груп­по­вые комплекты; запасных частей для проведе­ния среднего и капитального ре­мон­тов (один комплект на пять установок); сменных плунжерных пар, обес­пе­чи­вающих получе­ние параметров согласно табл. 5.87 (один комплект на пят­над­­цать установок), монтажных частей (один комплект на десять установок) и инст­румента и принадлежностей (один комплект на пятьдесят установок).

Основные показатели установок типа УЭДН5 в номинальном режиме при перекачивании электронасосом воды плотностью 1000 кг/м³ температурой 45 °С при напряжении 350 В и частоте тока 50 Гц приведены в табл. 5.88.

Установки типа УЭДН5 соответствуют восстанавливаемым изделиям груп­пы II, вида I. Климатическое исполнение назем­ного электрооборудования У1, элект­ронасоса В5.

Установки работают от сети переменного тока напряжением 380 В при частоте тока 50 Гц.

Установки типа УЭДН5 предназначены для перекачивания пластовой среды, состоящей из смеси нефти, воды и газа. Coдержание пластовой воды в перекачиваемой среде не ограничивается. Максимальное массовое содержание твер­дых частиц 0,2 %; максимальное объемное содержание нефтяного газа на прие­ме насоса 10%; водородный показатель пластовой воды рН 6,0 — 8,5; мак­си­мальная концентрация сероводорода 0,01 г/л.

Рабочий диапазон изменения тем­пературы от 5 до 90 °С.

 

Таблица 5.87

Число составных частей при варианте поставки

	Число составных частей при варианте поставки
ВП 00	ВП 01	ВП 02	ВП 03
Кабель в сборе: кабель круглый и плоский с кабель­ной муфтой, уложенные на металлический бара­бан
Стеной клапан
Шламовые трубы (верхняя и нижний) Трубка манометра
Погружной диафрагменный электронасос типа ЭДН5
Комплект поясов для крепления кабеля
Электроконтактный манометр Комплектное устройство			—
Система электрооборудования
Комплект запасных частей

 

Таблица 5.88

Основные показатели УЭДН 5

Установка	Подача, м/сут, не менее	Давле­ние, МПа	Мощ­ность, кВт, не более	кпд, %, не менее	Подпор, м	Ток сред­ний, А
УЭДН5-4-17			2,2
УЭДН5-6,3-13	6,3		2,45
УЭДН5-8-11			2,6			9,2
УЭДН5-10-10			2,8			9,5
УЭДН5- 2,5-8	12,5		2,85			9,6
УЭДН5-16-6,5		6,5	2,85			9,6

 

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.

 

Мощность, кВт…………………………………………..	2,5
Линейное напряжение, В……………………………….
Ток, А…………………………………………………….	7,9
Частота сети переменного тока, Гц…………………….
Частота вращения вала (синхронная), мин^-1…………..
Скольжение, %…………………………………………..
Коэффициентполезного действия, %………………….
Коэффициент мощности………………………………..	0,7
Температура окружающей среды, °С………………….	< 90
Наружный диаметр, мм…………………………………
Длина (транспортировочная), мм………………………
Масса, кг…………………………………………………

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:

; (5.68)

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,

(5.69)

где Н — развиваемый напор; γ — плотность перекачиваемой среды; η _н, η _р, η _э — КПД соответственно плунжерного насоса, ре­дук