Бесштанговые насосы

Гидрозащита типа Г состоит  из двух основных сборочных единиц: протектора, который устанавливается  между насосом и двигателем, и компенсатора, расположенного в нижней части двигателя. Состоит из головки, верхнего, среднего и нижнего ниппелей, нижнего корпуса и основания, последовательно соединенных между собой резьбой.

Защита от проникновения пластовой  жидкости обеспечивается торцовыми уплотнениями и резиновой диафрагмой.

 

При работе электродвигателя в процессе его включений и  выключений масло периодически нагревается и охлаждается, изменяясь соответственно в объеме. Изменение объема масла компенсируется за счет деформации эластичной диафрагмы компенсатора.

В процессе работы происходит утечка масла через торцовые уплотнения. По мере расхода масла диафрагма  компенсатора складывается, а диафрагмы  протектора расширяются. После полного  расхода масла из компенсатора наступает второй период работы гидрозащиты, когда используются компенсационные возможности диафрагмы протектора. При падении давления во внешней полости диафрагмы протектора, при остановке электродвигателя и охлаждении масла обратный клапан открывается и впускает во внешнюю полость пластовую жидкость, тем самым выравнивая давления.

Компенсатор состоит  из корпуса и каркаса, к которому крепится диафрагма. Полость за диафрагмой сообщена с затрубным пространством отверстиями в корпусе компенсатора. Пробка, расположенная на наружной поверхности компенсатора, предназначена для закачки масла в компенсатор, а внутренне отверстие под заглушку - для выхода воздуха при заполнении его маслом, а также для сообщения полости двигателя и компенсатора. После заполнения маслом компенсатора заглушка должна быть закрыта, а после монтажа установки и спуска ее в скважину заглушка автоматически открывается.

В шифре гидрозащиты 1Г51 приняты следующие обозначения: 1 - модификация, Г - тип защиты, 5 - условный размер обсадной колонны, 1 - номер разработки.

Кроме гидрозащиты типа Г нашла широкое применение гидрозащита  типа П.

Рис. 13. Протектора типа П:

1 - головка верхняя; 2 - трубка; 3 - пробка; 4 - пробка; 5 - корпус; 6 - диафрагма; 7 - пробка; 8 - пробка; 9 - диафрагма; 10 - подпятник; 11 - пята; 12 - торцевое уплотнение; 13 - вал; 14 - подшипник; 15 - трубка; 16 - трубка; 17 - корпус; 18 - нижняя головка.

 

Основные составные  части протектора типа "П" (рис. 13): вал, торцовые уплотнения, корпуса, камеры, связанные гидравлически между собой последовательно с помощью отверстий, выполненных во фланцах в месте установки торцевых уплотнений. Внутренние полости диафрагм заполнены маслом. Торцовые уплотнения с двумя диафрагмами, закрепленными на цилиндрах, образуют верхнюю камеру над торцовым уплотнением, в районе верхней диафрагмы — среднюю камеру, в районе нижней диафрагмы — нижнюю камеру. Трубки между полостями камер расположены таким образом, что при движении сверху жидкость должна проходить по лабиринту и в двух местах этот путь механически разделяется двумя диафрагмами.

Полости, образованные диафрагмами, снабжены клапанами, через которые  сбрасывается масло при избыточном давлении.

Основным узлом протекторов являются торцевые уплотнения, предназначенные для герметизации вращающихся валов диаметром 25 мм и 35 мм. Торцовые уплотнения производятся по техническим условиям:

ТУ 3639-003-00217573-93. Торцовые уплотнения;

ТУ 3632-14-00217573-97. Уплотнения УТ1Р.025;

ТУ УЗ. 10-00216852-013-97. Уплотнения торцовые релитовые серии 2Р;

ТУ 3639-006-46874052-01. Уплотнения торцовые для гидрозащит погружных электродвигателей.

Уплотнения (рис. 1.104 и 1.105) состоят из двух колец (вращающегося и невращающегося), поджатых друг к другу пружиной. На вращающемся кольце установлен сильфон, обжимаемый каркасом, другой конец сильфона через обойму с корпусом поджимается к валу. На невращающемся кольце установлена манжета или резиновое уплотнительное кольцо.

 

Гидрозащита типа ГД (рис. 14.) состоит из двух узлов: протектора, защищающего полость двигателя от попадания пластовой жидкости, и компенсатора, компенсирующего утечки через торцовое уплотнение жидкого масла и температурные изменения объема масла в системе «двигатель - гидрозащита».

Гидрозащита ГД применяется  в установках с насосами, имеющими в основании радиально-упорный  подшипник и набивное уплотнение.

Протектор гидрозащиты  ГД устанавливается между насосом  и двигателем. Компенсатор подсоединяется к нижней части двигателя при помощи переводника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поверхностное оборудование

Станции управления

Станции управления выпускают  различных модификаций. Станции  управления типа ПГХ5071 применяются  только для установок погружных  электронасосов, двигатели которых  питаются электроэнергией через  автотрансформатор; станции управления типа ПГХ5072 — только для установок погружных электронасосов, двигатели которых питаются электроэнергией через трансформатор.

Станции управления работают при температурах окружающего воздуха  от -35 до +40° С. Их нельзя применять для работы: в среде, насыщенной токопроводящей пылью; в местах, не защищенных от попадания влаги; в среде, содержащей едкие газы и пары в концентрациях, разрушающих металл и изоляцию; во взрывоопасной среде; при наличии ударов и сотрясений; при наклонах, превышающих угол на 5° и более от вертикали.

Трансформаторы

Комплектные трансформаторные подстанции КТППН обеспечивают индикацию текущих параметров работы насосной установки, а именно:

• напряжения питающей сети;
• тока нагрузки погружного электродвигателя;
• сопротивления изоляции системы «токоподвод - погружной электродвигатель». Конструкция КТППН предусматривает возможность подключения прибора учета электроэнергии и регистрирующего амперметра.

Комплектные трансформаторные подстанции для кустов скважин серии КТППНКС предназначены для энергоснабжения, управления и защиты четырех центробежных электронасосов (ЭЦН) с погружными электродвигателями мощностью от 16 до 125 кВт для добычи нефти из кустов скважин и четырех электродвигателей станков-качалок и передвижных токоприемников при выполнении ремонтных работ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОГРУЖНЫЕ ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ

Общие сведения

Принцип действия

Основным элементом  погружного винтового насоса (ПВН) является червячный винт, вращающийся в  резиновой обойме специального профиля. В пределах каждого шага винта  между ним и резиновой обоймой  образуются полости, заполненные жидкостью  и перемещающиеся вдоль оси винта. Приводом служит такой же ПЭД, как и для ПЦЭН, с частотой вращения, вдвое меньшей. Это достигается такими соединениями и укладкой статорной обмотки двигателя, что создается четырехполюсное магнитное поле с синхронной частотой вращения 1500 об/мин.

Если для ПЦЭН увеличение частоты вращения улучшает эксплуатационные характеристики насоса, то для ПВН, наоборот, желательно уменьшение частоты  вращения вала, так как в противном  случае увеличивается износ, нагрев, снижается к. п. д. и другие показатели. Внешне ПВН мало отличается от ПЦЭН.

Схема и комплектация

В комплект установки входят: автотрансформатор на соответствующие напряжения для питания ПЭД; станция управления с необходимой автоматикой и зашитой; устьевое оборудование, герметизирующее устье скважины и ввод кабеля в скважину; электрический кабель круглого сечения, прикрепляемый поясками к НКТ; винтовой насос, состоящий из двух работающих навстречу друг другу винтов с двумя приемными сетками и общим выкидом; гидрозащита электродвигателя; маслонаполненный четырехполюсный электродвигатель переменного тока  -  ПЭД.

Основной рабочий орган  винтового насоса (рис. 21) состоит  из двух стальных полированных и хромированных однозаходных винтов 2 и 4 с плавной нарезкой, вращающихся в резинометаллических обоймах 1 и 5, изготовленных из нефтестойкой резины особого состава.

Внутренняя полость  обойм представляет собой двухзаходную винтовую поверхность с шагом  в два раза больше, чем шаг винта. Винты соединены с ПЭДом и  между собой валом с промежуточной  эксцентриковой муфтой 3. Оба винта имеют одинаковое направление вращения, но один винт имеет правое направление спирали, а другой  -  левое. Поэтому верхний винт подает жидкость сверху вниз, а нижний  -  снизу вверх. Это позволяет уравновесить винты, так как силы, действующие на них от перепада давления со стороны выкида и приема, будут взаимно противоположны.

Любое поперечное сечение стального винта есть круг, однако центры этих кругов лежат на винтовой линии, ось которой является осью вращения всего винта. В любом сечении винта, перпендикулярном к его оси, круговое сечение оказывается смещенным от оси вращения на расстояние е, называемое эксцентриситетом (рис. 22).

 

Поперечные сечения  внутренней полости резиновой обоймы в любом месте вдоль оси  винта одинаковые, но повернуты относительно друг друга. Через расстояние, равное шагу, эти сечения совпадают.

Само сечение внутренней полости  в любом месте представляет собой  две полуокружности с радиусом, равным радиусу сечения винта, раздвинутые  друг от друга на расстояние 4е.

При работе двигателя  винт вращается вокруг собственной  оси. Одновременно сама ось винта  совершает вращательное движение по окружности диаметром d = 4е.

Гребень спирали винта по всей своей  длине находится в непрерывном  соприкосновении с резиновой  обоймой.

Между винтом и обоймой  образуется полость, площадь сечения  которой равна произведению диаметра винта D на 4е, а высота этой полости в направлении оси винта равна шагу обоймы Т (T = 2t, где t  -  шаг винта).

Перекачиваемая жидкость заполняет полость между винтом и обоймой в пределах каждого шага и, так как при вращении винт в осевом направлении не движется, то жидкость будет перемещаться вдоль оси винта на расстояние одного шага при повороте винта на один оборот

Рис. 23. Положение сечения винта в обойме при его повороте на один оборот

 

I -  исходное положение, II  -  положение при повороте на 90°, III  -  положение при по вороте на 180º, IV  -  положение при повороте на 270°, V  -  положение при повороте на 360°;  к -  фиксированная точка на поверхности винта (вращение против часовой стрелки)

где n - частота вращения вала ПЭДа (примерно 1480 мин^-1); α -  коэффициент подачи насоса: коэффициент подачи насоса, учитывает обратные протечки через линию соприкосновения гребня спирали винта с внутренней полостью обоймы; неполное заполнение полостей за счет наличия газа во всасывающей смеси; усадку нефти при переходе ее от термодинамических условий насоса к условиям на поверхности.

На рис. 23 показаны четыре последовательных положения сечения  винта в обойме при одном его повороте.

Обозначение

Винтовые насосы имеют  шифр, подобный шифру центробежных насосов. Например, ЭВНТ5А-100-1000 означает: электровинтовой насос (ЭВН) тихоходный (Т) под колонну 5А с подачей 100 м³/сут, напором 1000 м. Имеются насосы, развивающие напор 1400 м. Насос ЭВНТ5А-100-1000 имеет на воде максимальный КПД 0,68 -  0,7, а при незначительном повышении вязкости жидкости до 0,4 см²/с его максимальный КПД увеличивается до 0,73  -  0,75.

 

 ДИАФРАГМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОНАСОС

Область применения

Диафрагменные скважинные насосные установки относятся к объемным плунжерным насосам с электроприводом, у которых отбираемая жидкость, проходя через приемный и нагнетательный клапаны, не соприкасается с другими подвижными деталями насоса и его привода. Она отделена от них резиновой диафрагмой. Этим определяется специфическая область применения данных насосов. Они предназначаются для отбора агрессивных пластовых жидкостей или жидкости со значительным содержанием в ней механических примесей, в частности песка, поступающего из пласта (до 0,5 г/л).

Возможность эксплуатации наклонно-направленных скважин.

Дебиты скважин до 10 м³/сут, максимальный напор 1000 м водяного столба.

 

Схема агрегата

 

Установка скважинного  диафрагменного насоса состоит из погружного насосного агрегата (насоса и электропривода), спущенного в скважину на НКТ (рис.28), кабеля, идущего рядом с трубами, спускного клапана, встроенного в колонну НКТ, оборудования устья и станции управления, размещенной на поверхности.

У погружного агрегата имеются  нагнетательный 1 и всасывающий 2 клапаны, диафрагма 3, пружина 4 и поршень 5. Под поршнем находится эксцентрик 6, приводимый во вращение угловой зубчатой передачей 7. Ниже находятся электродвигатель 8 и компенсационная диафрагма 9.

Полость А над поршнем  и полость Б у привода заполнены маслом. Полость А имеет строго определенный объем масла. Утечки масла из этой полости (например, через зазор у поршня 5 и цилиндра, в котором ходит поршень) восполняются через специальный клапан, размещенный в корпусе цилиндра. Так же выпускаются излишки масла из полости А. Работой этих клапанов управляет вспомогательный поршенек, соединенный толкателем с диафрагмой.

Погружной агрегат работает следующим образом. При вращении вала двигателя и угловой зубчатой передачи эксцентрик 6 вращается и поршень 5, прижатый к эксцентрику пружиной 4, перемещается вверх и вниз. На схеме показано верхнее положение поршня. Поскольку объем А неизменен, при ходе поршня вниз масло будет заполнять освобождаемое поршнем пространство, а диафрагма 3 опустится (нижнее положение диафрагмы отмечено пунктиром). Создается понижение давления в рабочей полости насоса под клапанами и происходит всасывание жидкости из скважины. Когда при дальнейшем вращении эксцентрика он подвинет поршень вверх, масло надавит на диафрагму и переместит ее в верхнее положение. Произойдет нагнетание жидкости через клапан 1 в НКТ. Таким образом, перекачиваемая жидкость соприкасается только с клапанами, диафрагмой и стенками рабочей полости. Изменение объема полости Б из-за движения поршня 5 компенсируется диафрагмой 9.