Эксплуатация скважин погружными электронасосами

Эксплуатация скважин погружными электронасосами

Характеристика погружных центробежных электронасосов (ЭЦН)

Установка погружного электроцентробежного насоса для добычи нефти (УЭЦН) состоит из погружного насосного агрегата (электродвигатель с гидрозащитой, насос), кабельной линии, колонны НКТ, оборудования устья скважины и наземного оборудования: трансформатора и станции управления или комплектного устройства. Характеристика погружных электрических двигателей приведена в разделе 6.4; характеристика электрических кабелей – в разделе 6.5, а вспомогательного оборудования – в разделе 6.6.

Расшифровка условных обозначений установок приведена на примере У2ЭЦНИ6-350-1100. Здесь: У – установка; 2 (1) – номер модификации; Э – с приводом от погружного электродвигателя; Ц – центробежный; Н – насос; И – повышенной износостойкости (К – повышенной коррозионной стойкости); 6 (5; 5А) – группа установки; 350 – подача насоса в оптимальном режиме по воде в м³/сут; 1100 – напор, развиваемый насосом в метрах водяного столба.

Установки УЭЦНК могут добывать пластовую жидкость с содержанием сероводорода до 1,25г/л, а обычного исполнения – с содержанием сероводорода не более 0,01г/л. Установки УЭЦНИ могут работать со средой, где содержание механических примесей достигает 0,5г/л. Установки обычного исполнения – при содержании механических примесей менее 0,1г/л.

Установки группы 5 предназначены для эксплуатации скважин с внутренним диаметром обсадной колонны не менее 121,7мм, группы 5А – 130,0мм, группы 6 – 144,3мм, а установки УЭЦН6-500-1100 и УЭЦН6-700-800 – с диаметром не менее 148,3мм.

Характеристика погружных центробежных насосов приведена ниже.

Таблица 6.1.1

Рекомендуемые материалы

Характеристика погружных центробежных насосов

Рис. 6.1.1 – Общая схема оборудования скважины установкой погружного центробежного насоса

Характеристика  винтовых насосов (ЭВН)

В настоящие время на нефтяных промыслах используют винтовые насосные установки с погружным электродвигателем, а также с поверхностным приводом как отечественного (ОКБ БН), так и импортного производства (фирма РОДЕМИП, Франция; фирмы CORODMANUFACTURING и AMOCOCANADAPETROLEUMLTD, GRIFFINPUMPS, ROTALIFT, Канада; фирма SCHELLER-BLECKMAN, Австрия). Схема винтового насоса приведена на рисунке 6.2.1.

 Технические характеристики ЭВН (ОКБ БН, Россия) приведены в табл. 6.2.

Рабочие характеристики УВН (одновинтового насоса) определяются по следующим формулам.

1. Теоретическая производительность насоса, м³/с

,                             (6.2.1)

где  – величина эксцентриситета между центром сечения винта и статора, м;  –диаметр сечения винта, м; – шаг двухзаходного винта, м; –частота вращения винта, мин^-1.

2. Фактическая производительность насоса

,                      (6.2.2)

где  – объемный КПД насоса.

3. Мощность, подводимая к валу насоса

 ,   кВт,                  (6.2.3)

где  – производительность насоса, м³/сут; – напор столба жидкости, м; –плотность жидкости, кг/м³;  – ускорение свободного падения, м/с²;  - общий КПД насоса.

4. Общий КПД насоса

,                          (6.2.4)

где–объемный КПД насоса, ; – гидравлический КПД насоса, ;  –механический КПД (учет потерь энергии на преодоление трения в подшипниках, винта в обойме, вала в сальниках, вала и шарнира о жидкость), ,  – мощность, расходуемая на механические потери.

Таблица 6.2.1

Основные параметры установок УЭВН 5 (ОКБ БН, Россия)

* Электродвигатель типа ПЭД с гидрозащитой 1Г51.

Характеристика диафрагменных насосов (ЭДН)

Установки электродиафрагменных насосов  относятся к классу бесштанговых насосов, что определяет их эксплуатационные качества. Отличительной конструктивной особенностью диафрагменного насоса  является изоляция его исполнительных органов от перекачиваемой среды эластичной диафрагмой и работа этих органов в герметичной полости, заполненной чистой жидкостью.

По принципу действия диафрагменный насос сравним с поршневым насосом – рабочий процесс осуществляется путем всасывания и нагнетания перекачиваемой жидкости.

Погружные диафрагменные насосы различных  типов  классифицируют по ряду признаков. По способу приведения диафрагмы в возвратно-поступательное движение на:

1. с механическим приводом;

2. с гидравлическим приводом.

По конструкции диафрагмы:

1. с плоской дафрагмой;

2. с цилиндрической диафрагмой;

3. с диафрагмой в виде сильфона.

По виду энергии, подводимой к насосу с поверхности:

1. с электроприводом;

2. с гидроприводом.

Конструктивные достоинства УЭДН, выгодно отличающие их от применяемых повсеместно штанговых насосов:

- отсутствие крупногабаритного и металлоемкого наземного оборудования;

- небольшая установочная мощность электродвигателя;

- простата монтажа и эксплуатации;

- удовлетворительная эксплуатация скважин, дающих вязкие эмульсии, жидкости, содержащие механические примеси и свободный газ;

- возможность применения в скважинах с низкими дебитами;

- возможность эксплуатации месторождений с небольшими устьевыми площадками (море, болота и др.).

В ОКБ БН были разработаны типоразмеры УЭДН, характеристики которых приведены в табл. 6.3.1

Таблица 6.3.1

Технические характеристики УЭДН

Примечание. Диаметр и длина электронасоса для всех установок составляют соответственно 117 и 2700мм,  масса – 115кг.

Расчеты, проводимые при подборе УЭДН к скважинам, включают  определение следующих параметров.

1. Подача насоса по жидкости определяется по формуле

,      (6.3.1)

где –подача,м³/сут; -коэффициент подачи;

– эксцентриситет привода, мм;  –частота тока, Гц;

s– коэффициент скольжения привода; 

– число пар полюсов электродвигателя;

 – передаточное число конической передачи;

 – диаметр плунжера, мм.

При известных значениях некоторых параметров: =8мм; u = 1,8;  = 2. Подача насоса  может быть определена  в виде:

,                                          (6.3.2)

2. Полезная мощность насоса определяется из соотношения:

 ,                                   (6.3.3)

где  – мощность насоса, кВт; – давление, Па;  – производительность, м³/с.

3. Мощность электродвигателя N_э определяется из формулы

,                                    (6.3.4)

где  - коэффициент полезного действия насоса.

Подбор УЭДН к скважинам производится по их условной характеристике, определяющей зависимость между суточным дебитом и давлением, расходуемым на подъем жидкости из скважины с определенным противодавлением.

Выбор оптимального режима работы УЭДН и его согласование с работой пласта производится исходя из условия равенства производительности насоса и дебита скважины по жидкости.

4. Глубина подвески насоса  определяется с учетом положения динамического уровня () при отборе заданного объема жидкости из пласта и величины погружения , создающей необходимое давление на приеме насоса, т.е.

_,                    (6.3.4)

где – устьевое давление, Па;   – потери на трение, м;  – высота подъема жидкости за счет работы газа  (газлифтный эффект), м.

Характеристика   электрических двигателей

 Характеристика погружных электродвигателей приведена в табл. 6.4.1 и 6.4.2.

Таблица 6.4.1

Таблица 6.4.2

Технические характеристики погружных электродвигателей (выпускаемые по стандарту API)

Продолжение таблицы 6.4.2

*Электродвигатели выпускаются по отдельному заказу. По желанию заказчика могут быть изготовлены электродвигатели других мощностей.

Характеристика электрических кабелей

Таблица 6.5.1

Таблица 6.5.2

Вспомогательное оборудование скважинных электроустановок

Таблица 6.6.1

Техническая характеристика станций управления и

комплектных устройств

Таблица 6.6.2

Техническая характеристика трансформаторов типа ТМПН