Установка погружного центробежного насоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО РЫБОЛОВСТВУ

Астраханский государственный технический университет

Кафедра машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов

КУРОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине Нефтегазопромысловое оборудование

На тему: УСТАНОВКА ПОГРУЖНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Выполнила:

Студентка гр. ЗХЭ - 41

Пчелинцева Ж.С.

Астрахань 2013



1. Введение

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей под напором. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

По принципу перекачивания жидкости скважинные насосы относятся к группе многоступенчатых вертикальных насосов.

Установка скважинных насосов в трубчатых колодцах и буровых, скважинах предопределяет особенности их конструкции. Эти насосы должны иметь минимальные поперечные размеры, а их внешняя форма должна соответствовать форме круглых обсадных труб, внутри которых их устанавливают. Скважинные насосы изготовляют двух типов: насосы с трансмиссионным валом и погружные насосы.

Погружной насос представляет собой агрегат, состоящий из центробежного многоступенчатого насоса и погружного электродвигателя с жестким соединением их валов. Таким образом, отпадает необходимость в длинном трансмиссионном вале.

Насосный агрегат подвешивают в скважине на колонне водоподъемных труб и опускают в воду на такую глубину, чтобы верхний фланец клапанной коробки находился ниже динамического уровня в скважине не менее чем на 1,5 м. Днище электродвигателя должно находиться выше фильтра скважины не менее чем на 1 м.

Погружные насосы по сравнению с артезианскими с трансмиссионными валами имеют ряд преимуществ:

1)исключается необходимость применения длинного вертикального вала с промежуточными подшипниками, уменьшается металлоемкость насоса;

2)отсутствие трансмиссионного вала позволяет применять погружные насосы в искривленных скважинах;

3)упрощается конструкция водоподъемного трубопровода, монтаж и демонтаж насосной установки;

4)уменьшается площадь павильона над скважиной.

Вследствие этих преимуществ погружные насосы находят широкое применение для подъема воды из трубчатых колодцев и постепенно вытесняют трансмиссионные насосы.



2. Скважинные насосы

скважинный насос центробежный нефть

По принципу перекачивания жидкости скважинные насосы относятся к группе многоступенчатых вертикальных насосов.

Установка скважинных насосов в трубчатых колодцах и буровых, скважинах предопределяет особенности их конструкции. Эти насосы должны иметь минимальные поперечные размеры, а их внешняя форма должна соответствовать форме круглых обсадных труб, внутри которых их устанавливают. Скважинные насосы изготовляют двух типов: насосы с трансмиссионным валом и погружные насосы.

У насосов с трансмиссионным валом приводящий электродвигатель устанавливается над устьем скважины и соединяется с насосом промежуточным трансмиссионным валом. Первый в мире насос с трансмиссионным валом, изобретенный и изготовленный под руководством русского инженера В. А. Пушечникова, был установлен в 1899 г. на Мытищинском водопроводе.

В настоящее время насосостроительные заводы изготовляют скважинные насосные установки (УЦТВ) для скважин с трансмиссионным валом типов НА, А, АТН и ВП, предназначенные для подъема воды из трубчатых колодцев (глубиной не более 125 м) с подачей 30-- 1200 м³/ч и напором 30--125 м.



Рис.1 Схема установки насоса АТН, скважинный насос 1--насосный узел; 2--водоподъемная труба; 3--промежуточный подшипник трансмиссионного вала; 4--опорная станина; 5--электродвигатель

а) насосный узел: 1--вал; 2--корпус верхний; 3--корпус средний; 4 -- направляющий аппарат; 5 -- рабочее колесо; 6--корпус нижний; 7 -- обтекатель; 8 -- всасывающая труба; 9--резиновый подшипник; 10--резиновый вкладыш; 11--шпилька;

б) промежуточный подшипник: 1--обод; 2--центральная втулка; 3--ребро;

в) приводная головка: 1 -- станина привода; 2--трубка для заливки воды; 3--бронзовая втулка; 4--масленка; 5--сальник вала; 6--вентилятор; 7--храповик; 8--муфта контрреверса; 9--гайка регулировочная; 10-- стопор; 11--полый вал электродвигателя; 12 -- радиально-упорный шарикоподшипник

Насосы с трансмиссионным валом состоят из трех основных узлов (рис. 1): насосного узла, напорного трубопровода с трансмиссионным валом и приводной головки. Условное обозначение насоса (например, АТН-8-1-22): буквы -- тип насоса (А-- артезианский, Т -- турбинный, Н -- насос); первая цифра за буквами -- требуемый диаметр обсадной трубы для установки насоса, уменьшенный в 25 раз; вторая цифра -- тип рабочего колеса (1 -- закрытого типа); третья цифра -- число рабочих колес.

Насосный узел (рис. 1, а) представляет собой группу соединенных шпильками секций корпусов, внутри которых находится вал с насаженными на нем центробежными рабочими колесами.

Вода поступает в нижний направляющий корпус насосного узла через защитную сетку и всасывающую трубу. Потери в защитной сетке обычно не превышают 0,25--0,5% потребляемой мощности. Снижение потерь зависит главным образом от правильного выбора размера и конструкции защитной сетки. Корпус рабочей секции насоса чугунный; во внутренней полости его отлит за одно целое с корпусом направляющий аппарат, имеющий проточку для размещения рабочего колеса. На 10 рабочих секций устанавливается корпус насоса без рабочего колеса, так как во внутренней полости его отлит направляющий аппарат, который служит промежуточной опорой подшипника вала.

Секционная конструкция насосного узла позволяет сравнительно просто изменять число ступеней в насосе и, следовательно, напор насоса.

В трансмиссионных насосах чаще всего применяют закрытые центробежные рабочие колеса с полуосевыми лопаточными отводами либо чисто диагональные. В диагональных рабочих колесах движение воды направлено под углом 45 ° к оси, что позволяет уменьшить наружный диаметр насоса и, следовательно, использовать насос в скважине малого диаметра, обеспечивая достаточно высокую подачу.

Опорами вала служат подшипники, состоящие из резиновых втулок, укрепленных в гнездах направляющих аппаратов корпусов насосного узла. Втулки имеют на внутренней поверхности осевые продольные канавки для прохода воды, которая смазывает и охлаждает трущиеся поверхности втулки и вала. По этим канавкам выносятся водой попавшие в подшипник частицы песка. Шейки вала в местах их соприкасания с резиновыми втулками хромированы, благодаря чему значительно удлиняется срок службы втулок и устраняется опасность коррозии вала.

Фланец верхнего корпуса насосного узла прикрепляется к нижнему концу колонны напорных труб. Напорный трубопровод служит каналом, по которому вода подается от насосного узла к потребителю и в котором находится трансмиссионный вал, соединяющий насосный узел с электродвигателем. Напорный трубопровод и трансмиссионный вал собирают из отдельных секций.

Напорные трубы соединяют между собой с помощью фланцев и болтов. Между фланцами труб находятся промежуточные подшипники трансмиссионного вала (рис. 1,б). Для смазки подшипников в насос перед его пуском заливают воду через трубку в колене станины. В процессе работы подшипники смазываются перекачиваемой жидкостью. Насосы типа НА не требуют заливки воды перед пуском, так как их трансмиссионный вал заключен в трубу, наполненную маслом.

Приводная головка насоса состоит из станины (рис. 1,в) и электродвигателя. Чугунная отливка станины служит опорой для водоподъемного трубопровода, который подвешивается в нижней части колена; к верхней его части присоединяется напорный трубопровод. В верхней образующей колена имеется прилив, где установлен сальник. В нижнюю часть сальникового устройства запрессована втулка, над которой находится

направляющая бронзовая трубка с уложенной в нее в несколько витков сальниковой набивкой. Между витками набивки помещена смазочная втулка.

Электродвигатели, применяемые для трансмиссионных насосов, имеют следующие особенности:

1) для восприятия гидравлического усилия и веса вращающихся деталей насосной установки в электродвигателе установлен радиально-упорный подшипник;

2) вал электродвигателя выполнен полым, в его полости проходит трансмиссионный вал, закрепляемый регулировочной гайкой; с помощью гайки, опирающейся на муфту стопорного устройства, регулируются зазоры между рабочими колесами и направляющими аппаратами в насосном узле;

3) в верхнюю часть электродвигателя вмонтировано стопорное устройство (храпового типа), не допускающее вращения ротора двигателя в направлении, противоположном заданному.

Насосы типа ВП (скважинные пропеллерного типа) применяют для подачи воды с большим содержанием песка (до 1000 мг/л). Эти насосы широко распространены в ирригационных сооружениях и предназначены для подачи воды 240--280 м³/ч с напором 4--24 м.

Долголетняя практика эксплуатации скважинных трансмиссионных насосов показала их надежность, но одновременно были установлены и их недостатки. Насосный узел обладает высоким КПД (80%), однако длинная трансмиссионная передача, отклонения в центрировании вала и другие недостатки приводят к снижению КПД насосного агрегата на 20--25%.

Монтаж трансмиссионного вала и установка промежуточных опорных подшипников значительно усложняют монтаж насосного агрегата. Расположение насосного узла в скважине не позволяет точно отрегулировать зазоры между рабочими колесами и направляющими аппаратами, что приводит к большим объемным потерям, снижению подачи, напора и КПД насоса. Наблюдения за работой насоса АТН-12-ЫО показали, что при изменении зазора от 0,4 до 2,33 мм КПД насосного узла уменьшается на 18%.

Погружной насос представляет собой агрегат, состоящий из центробежного многоступенчатого насоса (рис. 2) и погружного электродвигателя с жестким соединением их валов. Таким образом, отпадает необходимость в длинном трансмиссионном вале.

Рис. 2. Насос ЭЦВ 8-25-300 1 - кабель; 2 - перфорированный лист; 3 - муфта; 4 - обойма; 5 - отвод; 6 - втулка; 7 - промежуточный подшипник; 8 - средний корпус; 9 - рабочее колесо; 10 - вал; 11 - водоподъемная труба; 12 - клапанная коробка; 13, 14 - верхний и нижний опорные подшипники

Насосный агрегат подвешивают в скважине на колонне водоподъемных труб и опускают в воду на такую глубину, чтобы верхний фланец клапанной коробки находился ниже динамического уровня в скважине не менее чем на 1,5 м. Днище электродвигателя должно находиться выше фильтра скважины не менее чем на 1 м.

Для забора воды из артезианских скважин применяют погружные насосы восьми типов: ЭЦВ, АПТ, АП, АПВ, АПВМ, АЭНП, ЭНП, ГНОМ. В настоящее время насосы АТП, АЛ, АПВ, АПВМ, ЭНП снимаются с производства и заменяются насосами ЭЦВ.

Погружные электронасосы для воды ЭЦВ выпускаются в соответствии с ГОСТ 10428-79, который предусматривает их изготовление свыше 100 типоразмеров для скважин диаметром 100-500 мм, с подачей воды 0,63-1200 м³/ч, напором 12-680 м, с общей минерализацией не более 1500 мг/л (сухой остаток), pH = 6,5-9,5, с температурой до 25° С и с содержанием хлоридов не более 350 мг/л, сульфидов не более 500 мг/л, сероводорода не более 1,5 мг/л.

На рис. 2 показан многоколесный насос ЭЦВ 8-25-300. Условное обозначение насоса: буквы - тип насоса (Э - электрический, Ц - центробежный, В - для воды); цифры после букв обозначают: 8 -- минимально допустимый для данного насоса внутренний диаметр обсадной трубы, уменьшенный в 25 раз (8*25 = 200 мм); 25 - подача, м³/ч; 300 - напор, м. Каждая ступень насоса состоит из рабочего колеса, лопаточного отвода и обоймы. Вода поступает в насос через корпус основания, защищенный перфорированным листом из нержавеющей стали. Рабочее колесо (радиальное, закрытого типа, с гидравлической разгрузкой) фиксируют на валу относительно лопаточных отводов с помощью распорных втулок и закрепляют шпонкой. Материал рабочих колес - ударопрочный полистирол. Лопаточные отводы имеют радиальные лопатки на всасывающей и нагнетательной стороне, которые образуют межлопастные каналы для отвода воды от рабочего колеса предыдущей ступени и подвода воды к колесу последующей ступени. Их выполняют из полипропилена и армируют чугунными кольцами в местах уплотнительных узлов. Стальные обоймы, составляющие корпус насоса, устанавливают между корпусами основания и шарового клапана и стягивают четырьмя стяжками.

Опорами вала служат два резино-металлических подшипника (нижний и верхний). При числе ступеней больше 10 устанавливают дополнительный средний корпус, в котором размещают дополнительный промежуточный подшипник. Подшипники насоса смазываются откачиваемой водой, а электродвигатель - водой, залитой в полость статора перед его установкой в скважину. Электронасос никогда не должен работать «всухую» -- даже кратковременное включение насоса в работу без воды приводит к повреждению подшипников и обмотки двигателя.

В верхней части насоса расположен шаровой клапан, состоящий из пластмассового обрезиненного шара и корпуса с расточкой под шар. Клапан служит для разгрузки агрегата от давления столба воды в напорном трубопроводе и для предохранения от обратного вращения колес насоса и ротора двигателя при внезапном отключении электродвигателя.

Для привода насоса применяется электродвигатель типа ПЭДВ (П - погружной,

ЭД - электродвигатель, В - заполненный водой). Электродвигатель относится к типу мокрых двигателей, т. е. перед опусканием в скважину он должен быть заполнен чистой профильтрованной водой. Кабель для питания электродвигателя опускают в скважину одновременно с монтажом колонны водоподъемных труб и крепят к ним с помощью поясов. Длина токопроводящего кабеля, входящего в комплект агрегата, должна быть численно равна номинальному напору. Кроме того, к этому значению добавляют 3,5 м (расстояние от скважины до станции автоматического управления) и 1 м на каждые 50 м спуска для компенсации возможного скручивания и прогиба кабеля во время монтажа.

Насосы ЭЦВ других типоразмеров по своей конструкции значительно отличаются от описанного насоса. Так, например, секция насоса ЭЦВ 8-40-65 имеет корпус, отлитый за одно целое с направляющим аппаратом, т. е. она подобна секции артезианского насоса с трансмиссионным валом типов А и АТН.

Поскольку содержание механических примесей более 0,01 % приводит к повреждению резинометаллических подшипников, насосы типа ЭЦВ запрещается применять для промывки скважин. Для этой цели рекомендуется применять насосы типа ЭНП, так как ими можно перекачивать воду с содержанием механических примесей до 0,05% по массе. В этих насосах для смазки резинометаллических подшипников и полости электродвигателя используется перекачиваемая жидкость, часть которой очищается центробежным очистителем, расположенным над верхней ступенью насоса. Очищенная вода по полым валам насоса и электродвигателя поступает в камеру подпятника и оттуда через лабиринтный замок направляется в полость электродвигателя.

Погружные насосы по сравнению с артезианскими с трансмиссионными валами имеют ряд преимуществ:

1)исключается необходимость применения длинного вертикального вала с промежуточными подшипниками, уменьшается металлоемкость насоса;

2)отсутствие трансмиссионного вала позволяет применять погружные насосы в искривленных скважинах;

3)упрощается конструкция водоподъемного трубопровода, монтаж и демонтаж насосной установки;

4)уменьшается площадь павильона над скважиной.

Вследствие этих преимуществ погружные насосы находят широкое применение для подъема воды из трубчатых колодцев и постепенно вытесняют трансмиссионные насосы.

3. Погружной центробежный насос

Погружной центробежный насос (рис. 3) по принципу действия не отличается от обычных центробежных насосов, применяемых для перекачки жидкости. Отличие его в том, что он секционный, многоступенчатый, с малым диаметром рабочих ступеней -- рабочих колес и направляющих аппаратов. Выпускаемые в основном для нефтяной промышленности погружные насосы содержат от 130 до 415 ступеней.

По диаметрам и поперечным размерам насосы делятся на три условные группы: 5, 5А и 6.

В группу 5 входят насосы с наружным диаметром корпуса 92 мм, группу 5А -- 103 мм, группу 6-- 114 мм.

Секции насоса 1 и 2, связанные фланцевыми соединениями, представляют собой металлический корпус 8, изготовленный из стальной трубы длиной до 5500 мм. Длина насоса определяется числом рабочих ступеней и секций, число которых, в свою очередь, определяется основными параметрами насоса -- подачей и напором.

Ступень центробежного насоса состоит из рабочего колеса и направляющего аппарата, выполняемых обычно из модифицированного чугуна методом литья с последующей механической обработкой, подача и напор ступени зависят от поперечного размера и конструкции проточной части (формы лопаток), а также от частоты вращения.

В корпуса секций насоса вставляется пакет ступеней, представляющий собой собранные на валу 9 рабочие колеса 7 и направляющие аппараты 6. Рабочие колеса устанавливаются на валу на продольной призматической шпонке 10 по ходовой посадке и могут перемещаться в осевом направлении. Направляющие аппараты закреплены от проворота в корпусе специальной гайкой -- ниппелем, расположенным в верхней части корпуса; Снизу в корпус ввинчивают основание насоса 13 с приемными отверстиями и фильтром 14, через которые жидкость из скважины поступает к первой ступени насоса.

Для уменьшения силы трения между направляющим аппаратом и.рабочим колесом, обусловленной действующим на колесо осевым усилием, которое при нормальном режиме работы насоса направлено сверху вниз, и создания уплотнения в ступени в расточку нижнего диска колеса запрессована шайба из антифрикционного материала, обычно из текстолита. Шайбы образуют с ответными выступами направляющих аппаратов торцовые опоры ступеней, через которые осевые усилия, возникающие в рабочих колесах, передаются на корпуса направляющих аппаратов, основание и ниппель и воспринимаются корпусом насоса. Верхние диски рабочих колес также снабжены текстолитовыми шайбами меньшей толщины, что необходимо для снижения трения при работе насоса в режиме, когда осевые усилия направлены снизу вверх, например, во время запуска насоса при открытой выкидной задвижке.

Верхний конец вала насоса вращается в подшипнике скольжения и заканчивается специальной пятой 4, воспринимающей нагрузку на вал и его вес через пружинное кольцо.

Радиальные усилия в насосе воспринимаются подшипниками скольжения 11, устанавливаемыми в основании, ниппеле и на валу насоса.

Кроме того, между колесами устанавливаются латунные втулки, которые, вращаясь в отверстиях направляющих аппаратов, также служат подшипниками (где отсутствует ступица рабочего колеса).

В верхней части насоса (верхней секции) находится ловильная головка, в которой устанавливается обратный клапан, и к которой крепятся НКТ.



Рис.3. Насос ЭЦН: 1 - верхняя секция с ловильной головкой; 2 - нижняя секция; 3 - шлицевая муфта; 4 - опорная пята; 5 - корпус подшипника; 6 - направляющий аппарат; 7 - рабочее колесо; 8 - корпус; 9 - вал; 10 - шпонка; 11 - подшипник скольжения; 12 - защитная втулка; 13 - основание; 14 - фильтр; 15 - приводная муфта



4. Погружные центробежные электронасосы. Наземное и подземное оборудование

Установка погружного центробежного электронасоса для добычи нефти (УЭЦН) состоит из погружного насосного агрегата (электродвигатель с гидрозащитой и насос), кабельной линии, колонны НКТ, оборудования устья скважины и наземного электрооборудования: трансформатора и станции управления или комплектного устройства.

Расшифровку условных обозначений установок дадим на примерах УЭЦНК5-80-1200; У1ЭЦН5А-160-1100; У2ЭЦНИ6-350-1100. Здесь У - установка; 1,2 - номер модификации; Э - с приводом от погружного электродвигателя; Ц - центробежный;

Н - насос; К - повышенной коррозионной стойкости; И - повышенной износостойкости; 5,5А,6 - группа установки; 80, 260, 350 - подача в м³/сут; 1200, 1100 - напор в метрах столба откачиваемой среды.

Установки УЭЦНК могут добывать пластовую жидкость с содержанием H₂S до 1,25 г/л, другие установки -- с содержанием H₂S не более 0,01 г/л. Установки УЭЦНИ могут работать со средой, где содержание механических примесей достигает 0,5 г/л, другие установки - при содержании механических примесей менее 0,1 г/л.

Установки группы 5 предназначены для эксплуатации скважин с внутренним диаметром обсадной колонны не менее 121,7 мм, группы 5А -- 130 мм, группы 6--144,3 мм, а установки УЭЦН6-500-1100 и УЭЦН6-700-800 -- с диаметром не менее 148,3 мм.

Погружные центробежные насосы являются насосами секционными, многоступенчатыми. Шифр насоса отличается от шифра установки лишь отсутствием первой буквы У.

Приводом погружных центробежных насосов служат маслонаполненные погружные асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока с короткозамкнутым ротором вертикального исполнения. Расшифровка условного обозначения: ПЭД45-117АВ5--погружной электродвигатель мощностью 45 кВт, с наружным диаметром корпуса 117 мм, серии АВ5. Гидрозащита погружных электродвигателей типа 1Г51 или 1Г62 состоит из протектора и компенсатора.

Для подвода электроэнергии к электродвигателю в большинстве установок в качестве основного питающего кабеля используется кабель круглого сечения марки КПБК, по корпусу набора и протектора прокладывается плоский кабель марки КПБП. В установках У1ЭЦН5А-500-800 и УЭЦН6-1000-900 в качестве основного используется плоский кабель марки КППБПС.

Для управления установкой погружного электронасоса с электродвигателем мощностью до 100 кВт предназначена станция управления ШГС 5804, при мощности электродвигателя свыше 100 кВт для управления установкой применяется комплектное устройство КУПНА-79.

Для обеспечения подачи оптимального напряжения на электродвигатель применяются трансформаторы с масляным охлаждением, предназначенные для установки на открытом воздухе. В маркировке трансформатора, например ТМПН-160/3: 160--номинальная мощность в кВ*А. Выпускается от двух до пяти типов трансформаторов одинаковой мощности, отличающихся номинальным напряжением на обмотке высокого напряжения (ВН). Кроме того, обмотка ВН имеет пять--десять ответвлений, переключение которых обеспечивает подачу оптимального напряжения на электродвигатель в зависимости от длины кабеля, загрузки электродвигателя и напряжения сети.

Трансформаторы и комплектные устройства КУПНА-79 выпускаются в двух исполнениях: для районов с умеренным (У1) и холодным климатом (ХЛ1). Если в районах с холодным климатом эксплуатируется установка, оснащенная станцией управления ШГС или ПГХ, то станцию нужно устанавливать в помещении, где температура не должна быть ниже --40 °С.

Для оборудования устья скважин, эксплуатируемых УЭЦН, применяется фонтанная арматура АФК1Э-65Х140, а также изготовляется специальное устьевое оборудование ОУЭ-65/50Х140 --для районов с умеренным климатом и ОУЭ-65/50Х140ХЛ -- для районов с холодным климатом.

Техническая характеристика ОУЭ-65/50Х 140

Рабочее давление, МПа.............................14

Тип запорного устройства:

ствола.........................................................кран пробковый КППС

боковых отводов...................................вентиль с d= 50 мм

Габариты, мм.................………………. 1100 х 680 х 920

Масса, кг...................................................... 252

5. Подбор установки погружного центробежного электронасоса

Рассмотрим наиболее распространенный случай выбора установки при заданном отборе жидкости из скважины. Для решения задачи необходимо располагать данными о характеристике скважины и ее продукции, системе сбора, а также о положении скважины на структуре. Для сокращения расчетов можно заранее задаться диаметром НКТ: при дебите жидкости менее 150 м³/сут примем условный диаметр НКТ равным 60 мм, при 150<Qж?300 м³/сут d=73 мм, при Qж>300 м³/сут d=89 мм.

Расчеты проводят в следующем порядке.

1. Определяют забойное давление, соответствующее заданному дебиту.

2. Задаются тремя значениями давления в стволе скважины: p₁=p₃, если забойное давление меньше давления насыщения, или p₁=р_н, если р_з>р_н, за рз принимается давление, при котором объемное газосодержание равно 0,3; за р₂ принимают среднее между р₁ и р₃.

3. По одной из существующих методик строят градиентную кривую в стволе скважины, начиная от р₃ и заканчивая при давлении рз (рис. 4, кривая 1).

4.Определяют расстояние от устья скважины до сечений, где давления равны p₁, р₂ и р₃. Если на этих глубинах L₁, L₂ и L₃ установить насос, то давления p₁, p₂ и р₃ будут давлениями на входе в насос р_вх1, р_вх2, р_вх3.

Рис.4. Распределение давления в эксплуатационной колонне (1) и НКТ(2)

Рис.5. Кривые для определения глубины подвески и напора насоса

5.Строится градиентная кривая в НКТ, начиная от p_у для заданного расхода жидкости и физических свойств продукции скважины (кривая 2 на рис.4).

6. На кривой 2 на глубинах L₁, L₂ и L₃ находят давления на выходе из насоса р_вых1, р_вых2, р_вых3.

7. Зная давления на входе и выходе, рассчитывают энергию, сообщаемую продукции скважины Е₁, Е₂ и Е₃, и напоры H₁, H₂ и H₃, необходимые для обеспечения заданного отбора Qж.

8. Рассчитывают среднеинтегральный объемный расход, продукции через насос Q_cp1, Q_cp2 и Q_ср3 при спуске насоса на глубину L₁, L₂ и L₃.

9. Рассчитывают эффективную кинематическую вязкость продукции н₁, н₂ и н₃ при отборе ее с глубин L₁, L₂ и L₃.

10. По табл. 1 выбирают установки одного -- двух типов по подаче, номинальная подача которых (q_hom) соответствовала бы условию: 0,4 ? Q _ср2/Q _hom ?1,2.

11. Располагая вязкостью продукции для каждого из выбранных в п. 10 типов насосов, пересчитывают подачу со смеси на воду: Q_B1, Q_B2 и Q_B3. Для дальнейших расчетов оставляют насосы, удовлетворяющие условию: 0,6 ? Q_B2/Q _hom ?1,2.

12. Для каждого из насосов оставшихся типов пересчитывают напор по воде: H_В1, H_В2 и H_В3 т. е. определяют напор, который должны развивать насосы при работе на воде, чтобы обеспечить дебит Qж при откачке его с глубин L₁, L₂ и L₃.

13. По найденным в пп. 7, 8, 11 и 12 значениям H_i, Q_cpi, Q_Вi и H_Вi на рис. 5 в координатах Q - H строим: кривую 1 - Q _cp=f(H) единую для скважины и являющуюся ее характеристикой для дебита Qж, а также кривые 2 - Q _B = f(H_B), являющиеся характеристикой скважины, пересчитанной на воду для условий работы насосов того или иного типа. На рис.4 приведена кривая для насосов одного типа.

14. По табл. 1 для насоса каждого типа выбираем такой типоразмер (типоразмеры отличаются по напору и габаритам), характеристика которого по воде (кривая 3 на рис.4) пересекает кривую 2.

15. В координатах L--H(v) на рис.4 по данным пп. 7, 9 и 12 строим кривые: 4 -- H=f(L), 5 -- H_в = f(L) и 6 -- v = f(L).

16. С помощью построенных кривых, как показано на рис.5, определяем глубину L спуска насоса в скважину, напор H, развиваемый насосом, и вязкость v продукции, соответствующие точке пересечения кривых 2 и 3.

Аналогично находим L, H и v для других насосов, выбранных в п. 14.

17. Для выбранных установок рассчитываются энергетические и экономические показатели. Результаты расчетов сопоставляются, и выбирается установка, экономические показатели и надежность работы которой выше. Следует учитывать возможность изменений характеристики насоса уменьшением числа его ступеней.

Таблица 1. Технические характеристики установок

Установка	Ном.подача, м3/сут	Напор, м	Рекомендуемая рабочая область	Насос	электродвигатель	кабель	трансформатор
			Подача, м3/сут	Напор, м	к.п.д., %	Число ступеней/секций	шифр	Ном. Мощн,кВт	Температура среды, С	к.п.д., %	Число жил*площадь сечения, мм2	Длина, м
У2ЭЦН5-40-1400	40	1400	25-70	1425-1015	39,6	273/2	ПЭД28-103АВ5	32	80	76	3*16	1600	ТМПН-63/1
УЭЦН5-130-1200	130	1165	100-155	1330-870	58,5	283/2	ПЭД40-103АВ5	45	70	76	3*16	1100	ТМПН-100/3
У2эцни6-500-750	500	740	420-650	860-480	61,5	157/2	Пэд100-123ав5	90	70	82	3*35	900	Тмпн-160/3

Таблица 2. Техническая характеристика установок группы 5

Насос	Частота вращения, мин	2860 2820 2840 2800 2820 2810 2825 2850 2840 2800 2810 2825
	Число ступеней	273 349 274 364 413 283 348 225 274 364 283 348
	К. п. д., %	39,6 43 51,5 51,5 51,5 58,5 58,5 50 49,5 51,5 58,5 58,5
	Шифр	2Э1Ш5-40-1400 ЭЦН5-40-1750 2ЭЦН5-80-1200 ЭЦН5-80-1550 ЭЦН5-80-1800 ЗЭЦН5- 130- 1200 ЭЦН5-130-1400 2ЭЦН5-200-800 ЭЦНК5-80-1200 ЭЦНК5-80-1550 ЭЦНК5- 130- 1200 ЭЦНК5- 130- 1400
Рекомендуемая рабочая область	Напор, м	1425--1015 1850--1340 1285--715 1680--970 1905--1030 1330--870 1700--1100 960--545 1250--785 1680--970 1330--870 1700--1100
	Подача, ма/сут	25--70 25--70 60--115 60-115 60--115 100--155 100--155 145--250 60--115 60--115 100--155 100--155
Напор, м	1400 1800 1205 1600 1780 1165 1460 795 1170 1600 1165 1460
Подача номинальная, м3/сут	40 40 80 80 80 130 130 200 80 80 130 130
Шифр установки	У2ЭЦН5-40-1400 УЭЦН5-40-1750 У2ЭЦН5-80-1200 УЭЦН5-80-1550 УЭЦН5-80-1800 УЗЭЦН5-130-1200 УЭЦН5-130-1400 У2ЭЦН5-200-800 УЭЦНК5-80-1200 УЭЦНК5-80-1550 УЭЦНК5-130-1200 УЭЦНК5-130-1400



6. Оборудование для эксплуатации скважин погружными бесштанговыми электронасосами

Установки погружных центробежных электронасосов для добычи нефти (УЭЦН)

Установки погружных центробежных электронасосов предназначены для откачки из нефтяных скважин, в том числе и наклонных, пластовой жидкости, содержащей нефть, воду, газ, механические примеси.

В зависимости от количества различных компонентов, содержащихся в откачиваемой жидкости, насосы установок имеют исполнение обычное и повышенной коррозионно- и износостойкости.

Пример условного обозначения установки при заказе:

УЭЦНК5-180-1200; УЗЭЦН5-130-1200; У2ЭЦНИ6-350-1100, где У - установка; 3 - третья модификация; Э - с приводом от погружного электродвигателя; Ц - центробежный; Н - насос; К - повышенной. коррозионной стойкости; И - повышенной износостойкости; 5, 5А, 6 - группа насоса; 80, 130, 350 - подача (в м³/сут); 1200, 1100 - напор (в мм вод. ст.).

Показатели применимости установок по перекачиваемым средам: жидкость с содержанием механических примесей для установок УЭЦН (обычное исполнение) и УЭЦНК (коррозионностойкое исполнение) не более 0,1 г/л, для установок УЭЦНИ (повышенной износостойкости) не, более 0,5 г/л, свободного газа на приеме насоса не более 25 %, сероводорода на более 0,01 г/л и 1,25 г/л для установок УЭЦНК, воды не более 99 %.

Водородный показатель (рН) пластовой воды для установок УЭЦНК, в пределах от 6 до 8,5.

Установки выпускаются по II группе надежности ГОСТ 6134-71 в климатическом исполнении У (умеренный климат) ГОСТ 15150-69. Допускается применение установок в районах с холодным климатом. Для районов с холодным климатом установки комплектуются трансформаторами в исполнении ХЛ1, а установки с электродвигателем ПЭД125-138В5 и комплектным устройством КУПНА--700-79А1ХЛ1.

При применении установок, укомплектованных станциями типа ШГС и ПГХ, в районах с холодным климатом станции управления должны быть установлены в помещении, температура в котором не должна быть ниже -40 °С.

При заказе установок необходимо оговаривать район поставки по климату, в противном случае комплектующее оборудование установок поставляется в исполнении У.

В зависимости от поперечных размеров применяемых в комплекте установок погружных центробежных электронасосов, электродвигателей, насосов и кабельных линий установки УЭЦН условно делятся на группы 5, 5А и 6 и предназначены для эксплуатации скважин с внутренними диаметрами обсадных колонн не менее: группа 5 -- 121,7 мм, группа 5А -- 130 мм, группа 6 -- 144,3 мм и 148,3 мм для установок УЭЦН6-500-1100 и УЭЦН6-700-800.



Рис. 6. Установка погружного центробежного электронасоса УЭЦН 1 - электродвигатель с гидрозащитой, 2 - насос, 3 - кабельная линии (круглый и плоский кабели с муфтой кабельного ввода), 4 - колонна насосно-компрессорных труб, 5 - металлические пояса крепления кабеля к НКТ, 6 - оборудование устья скважины, 7 - станция управления (или комплектного устройства), 8 - трансформатор.

Установка УЭЦН (рис.6) состоит из погружного насосного агрегата (электродвигатель с гидрозащитой и насос), кабельной линии 3 (круглого и плоского кабеля с муфтой кабельного ввода), колонны насосно-компрессорных труб 4, оборудования устья скважины 6 и наземного электрооборудования: трансформатора 8 и станции управления (или комплектного устройства) 7

Погружной насосный агрегат, состоящий из насоса 2 и электродвигателя с гидрозащитой 1, спускается в скважину на насоснокомпрессорных трубах (НКТ). Кабельная линия 3 обеспечивает подвод электроэнергии к электродвигателю. Кабель крепится к НКТ металлическими поясами 5.

На длине насоса и протектора кабель -- плоский, прикреплен к ним металлическими поясами и защищен от повреждений кожухами или хомутами.

Над насосами устанавливаются обратный и сливной клапаны. Насос откачивает жидкость из скважины и подает ее на поверхность по колонне НКТ.

Оборудование устья скважины обеспечивает подвеску на фланце обсадной колонны НКТ с электронасосом и кабелем, герметизацию труб и кабеля, а также отвод жидкости в выкидной трубопровод.

Насос погружной, центробежный, секционный, многоступенчатый. Электродвигатель погружной, трехфазный, асинхронный, маслонаполненный с короткозамкнутым ротором. Гидрозащита электродвигателя состоит из протектора и компенсатора. Протектор двухкамерный с рези новой диафрагмой и торцовыми уплотнениями вала, компенсатор с резиновой диафрагмой. Кабель трехжильный с полиэтиленовой изоляцией, бронированный.

Конструкция установок УЭЦНК с насосом, имеющим вал и ступени, выполненными из коррозионностойких материалов, и УЭЦНИ с насосом, имеющим пластмассовые рабочие колеса и резинометаллические подшипники, аналогична конструкции установок УЭЦН.

7. Расчет теоретического напора, создаваемого рабочим колесом, числа ступеней насоса, подбор насоса на основании вычисленной мощности

Дано: При глубине скважины 2000 м, нефть поднимается из скважины под действием Р_пл на высоту 900 м. Н (полный напор насоса) = 1100 м. (надо опускать насос вниз для закачивания нефти). Скорость вращения n = 3000 об/мин, внутренний и внешний диаметр колеса соответственно равны d₁ = 51, d₂ = 92. Углы входа и выхода нефти с лопаток в₁ = 150^0, в₂ = 130⁰. Относительные скорости нефти на входе и выходе считать одинаковыми, вход безударным (б₁ = 90⁰).

1) Найти: Определить величину теоретического напора, создаваемого рабочим колесом погружного центробежного насоса.

Решение:

Окружная скорость на входе в колесо

Относительная скорость на входе в колесо

Относительную скорость на выходе w₂ принимаем равной w₁: w₂ = w₁ = 7,44 м/с

Окружная скорость при выходе из рабочего колеса

Проекция абсолютной скорости c₂ на направление u₂

Теоретический напор, создаваемый рабочим колесом,



2) Найдем число ступеней насоса

3) Определим полезную мощность, задавшись расходом.

Работа, совершаемая насосом в единицу времени, есть мощность.

Полезная мощность определяется по формуле

(вт)

где Q - объемный расход жидкости, H - напор насоса, с - плотность жидкости, g - ускорение силы тяжести.

Если объемный расход будет равен: (м³/сек) = 282 (м³/сут)

И примем: с_н = 0,85 т/м³ = 850 кг/м³, g = 9,81, з = 0,60,

Тогда,

По полученным параметрам из таблицы выберем насос ЭЦНИ-6-350-1100.



Заключение

В курсовом проекте представлена конструкция погружного насоса. Установки с погружными центробежными насосами обладают большими преимуществами перед штанговыми насосами. В рассматриваемых установках отсутствуют на поверхности механизмы с движущимися частями, фундаменты, насосно-компрессорные трубы не подвергаются действию переменной нагрузки, вызывающей усталостное разрушение металла, подача жидкости совершается непрерывно и равномерно, вследствие чего динамические силы возникают только при пуске и остановке насоса.

В зависимости от условий работы центробежные насосы для добычи нефти подразделяются на обычные и износостойкие. Центробежные насосы обычного исполнения применяются при эксплуатации чисто нефтяных и обводненных скважин, в продукции которых содержание механических примесей не превышает 0,01% вес. Износостойкие центробежные насосы используются для извлечения нефти из сильно обводненных скважин, дающих значительное количество механических примесей. Укажем, что погружные центробежные насосы износостойкого исполнения находят применение в южных нефтяных районах, в скважины которых притекает большое количество жидкости со значительным содержанием песка. У погружных электронасосов специального назначения (износостойкие) детали трущихся узлов выполнены из более износоустойчивых материалов. При эксплуатации сильно обводненных скважин, в продукции которых содержатся механические примеси, наиболее изнашивающимися частями являются детали верхней пяты, участок вала под сальником, втулки, буртики и диски колес, втулочные отверстия направляющих аппаратов, опорные шайбы и др.

Установки с центробежными погружными насосами обладают хорошими технико-экономическими показателями и допускают автоматизацию управления. Практика применения центробежных насосов погружного типа показала, что при их использовании выпадение парафина несколько уменьшается. Уменьшение выпадения парафина объясняется поглощением жидкостью части теплоты, выделяемой нагретым двигателем, и высокими скоростями течения ее в насосно-компрессорных трубах.

Малые диаметры скважин, наличие повышенного количества песка и ваза в извлекаемой из скважины жидкости являются факторами, ограничивающими применение центробежных насосов погружного типа.

В американской практике встречаются установки, выполненные по обычной схеме, когда двигатель располагается внизу, а насос -- наверху и перевернутой (двигатель -- наверху, насос -- внизу). Производительность погружных насосов колеблется от 4 до 2400 м³/сутки, мощность двигателей, приводящих их в действие, изменяется от 5,5 до 180 квт.

Произведен расчет теоретического напора, создаваемого рабочим колесом, числа ступеней насоса. В ходе расчета подобран насос на основании вычисленной производительности (мощности).



Список литературы

1. Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Стройиздат, 1986. - 320 с.: ил.

2. Абдурашитов С.А., Тупиченко А.А., Вершинин И.М., Тененгольц С.М. Насосы и компрессоры. - Москва: Недра, 1974. - 296 с.

3. Ибатулов К.А. Гидравлические машины и механизмы в нефтяной промышленности. - Москва: Недра, 1972. - 288 с.

4.Середа Н.Г., Сахаров В.А., Тимашев А.Н. Спутник нефтяника и газовика: Справочник. - Москва: Недра, 1986. - 325 с.

5. Справочник по нефтепромысловому оборудованию. Под ред. Бухаленко Е.И. - Москва: Недра, 1983. - 399 с.

Размещено на Allbest.ru

...