Курсовая работа (т): Установки винтовых насосов для добычи нефти

Таблица 3 - Технические характеристики винтовых насосных агрегатов типа ЭВН5

Погружные электродвигатели и гидрозащита к ним используются аналогичными, применяемыми в агрегатах погружных центробежных электронасосов для добычи нефти.

.2.5   Устройство и принцип действия винтовых насосов

Погружные винтовые электронасосные агрегаты ЭВН5 всех типоразмеров изготавливаются по одной и той же конструктивной схеме с двумя рабочими органами, соединенными параллельно, что обеспечивает:

-  удвоение подачи при одном и том же поперечном габарите;

-       рабочие органы (винтовые пары) гидравлически взаимно уравновешенны, что исключает передачу значительных осевых сил на опорные подшипники насоса и пяту электродвигателя.

Погружной винтовой электронасосный агрегат ЭВН5 (рисунок 5) состоит из следующий элементов: пусковая кулачковая муфта центробежного действия, основание с приводным валом, сетчатые фильтры, установленные на приеме насоса, рабочие органы с правыми и левыми обоймами и винтами, две эксцентриковые шарнирные муфты, предохранительный клапан и шламовая труба.

При работе агрегата, крутящий момент от электродвигателя через вал протектора гидрозащиты, пусковую муфту и эксцентриковые муфты насоса передается рабочим винтам. По принципу действия насосы относят к объемным, а по способу передачи энергии жидкости - к ротационным. Основными рабочими органами являются однозаходные геликсоидальные роторы с правым и левым направлением спирали и две резиново-металлические обоймы, внутренняя полость которых представляет собой двухзаходную винтовую поверхность с шагом в 2 раза большим, чем шаг винта, выполненную из маслобензиностойкой резины или другого эластомера.

- шламовая труба; 2 - предохранительный клапан; 3 - фильтр; 4 и 6 - винты; 5 и 7 - шарнирные муфты; 8 - вал насоса; 9 - пусковая муфта

Рисунок 5 Винтовой погружной насос

Принцип действия насоса заключается в том, что между винтом и обоймой по всей длине образуется ряд замкнутых полостей, которые при вращении винта заполняются перекачиваемой жидкостью, перемещаемой от приема насоса к его выкиду. Винты вращаются вокруг своей оси и по окружности с радиусом равным эксцентриситету.

Жидкость поступает одновременно в левый и правый органы насоса через приемные сетки-фильтры. В камере между винтами потоки соединяются, и следуя дальше по кольцевому каналу между корпусом насоса и верхней обоймы, жидкость через предохранительный клапан поступает в напорную линию.

Пластовая жидкость перекачивается практически без пульсации, не создавая стойкой эмульсии из нефти и воды. Подача насоса равна сумме подач рабочих пар, а напор насоса - напору каждой рабочей пары.

Все основные узлы и детали диафрагментных насосов унифицированы и применяются, за некоторым исключением, во всех насосных агрегатов.

В винтовых насосах типа ЭВН5 имеется ряд специфических деталей: пусковая кулачковая муфта, эксцентриковые шарнирные муфты, предохранительный клапан, шламовая труба, сетчатый фильтр.

Пусковая кулачковая муфта центробежного типа соединяет валы протектора и насоса и обеспечивает с помощью выдвижных кулачков пуск насоса при движении максимального крутящего момента на валу двигателя, соответствующем частоте вращения 800-1200 об/мин.

Это вызвано тем, что винтовой насос имеет большую инерцию покоя и, чтобы запустить его (преодолеть силы трения), требуется повышенный пусковой момент. Кроме того, пусковая муфта не позволяет валу насоса вращаться в обратную сторону.

При обратном вращении за счет скоса на кулачках, муфта не включается, и кулачки проскальзывают и тем самым предохраняют насос от отворачиваний резьбовых соединений. Муфта так же защищает насос от аварийного режима работы, т.к. при выходе из строя одного из рабочих органов отключается последний. Внутри основания насоса расположен вал с подшипниками и опорные пяты из силицированного графита. Основание (рисунок 6) можно использовать только в насосах, комплектуемых гидрозащитой типа 1Г51.

1 - защитная втулка; 2 - бронзовая втулка; 3 - опорная пята; 4 - приводной вал

Рисунок 6 - Основание винтового насоса

В основании нет сальника, а смазка трущихся поверхностей осуществляется пластовой жидкостью. На приводной вал надеты защитные втулки из нержавеющей стали, которые вращаются в бронзовых втулках. Концевые неподвижные пяты опираются на резиновые прокладки для равномерной пердачи усилий на всю поверхность пяты.

Эксцентриковая муфта (рисунок 7) обеспечивает возможность сложного планетарного вращения в обоймах. Благодаря чему жидкость проталкивается вдоль оси винта и создается необходимый напор для подъема жидкости на поверхность.

Эксцентриковые муфты, установленные между винтами, приводным валом и нижним винтом, состоящих из 2 универсальных шарниров, позволяют совершать сложные планетарные движения в обоймах.

Муфта состоит из 2 шарнирных узлов, соединенных резьбовым валиком, вращение в муфте передается роликами, расположенными в специальных гнездах поводка корпуса. Осевая сила воспринимается поводком и сферической шайбой. Резиновые манжеты и пружина сохраняют смазку в шарнирном узле и защищают от механических примесей. Шарнирность узла обеспечивается сферическими опорными поверхностями поводка и шайбы и зазором между роликами и соответствующими отверстиями в корпусе и поводке.

- корпус; 2 - поводок; 3 - ролики; 4 - сферическая шайба; 5 - валик; 6 - пружина; 7 - уплотнительная манжета

Рисунок 7 - Эксцентриковая муфта

В верхней части насоса расположен золотниковый предохранительный клапан (рисунок 8), который состоит из корпуса, золотника, поршня, амортизатора и корпусных деталей. Клапан выполняет следующие функции:

-  пропускает жидкость в колонну нкт при спуске насосного агрегата в скважину;

-       обеспечивает слив жидкости из колонны нкт при подъеме агрегата из скважины;

-       препятствует при остановках насоса сливу жидкости из колонны труб через рабочие органы насоса (вся жидкость сливается через клапан в затрубное пространство);

-       защищает насос от сухого трения и повышенного давления в напорной линии;

-       обеспечивает перепуск жидкости из напорной линии обратно в скважину или при недостаточном притоке жидкости из пласта, или при содержании в жидкости большого количества газа.

Работа клапана представлена на рисунке 8. Показаны 3 промежуточных положения клапана: заполнение жидкостью колонны труб и слив жидкости при спуске и подъеме насосного агрегата (рисунок 8 а); подача жидкости на поверхность при работающей установке (рисунок 8 б) и сброс жидкости на поверхность при недостаточном притоке жидкости или при большом газовом факторе обратно в скважину (рисунок 8 в).

Шламовая труба защищает насос от механических примесей, окалины, выпадающих из колонны НКТ при остановке насоса, монтаже и выполняет роль отстойника.

Рисунок 8 - Схемы работы предохранительного клапана

.2.6  
Материалы основных деталей

В насосах с подачами 62, 100, 200 м3/сут рабочие винты изготавливают из титанового сплава ОТ-4, а в насосах с подачами 16 и 25 м3/сут - из стали марки 40Х. Остальные ответственные детали насосов изготавливают из нержавеющей стали марок 95Х18 и легированной стали марки 12ХН3А. Для защиты от коррозии и повышения износостойкости рабочая поверхность винтов покрывается слоем хрома.

Для обоймы используется специальная резина марки 2Д-405, с высокими физико-механическими свойствами, или эластомер, обычно из синтетического каучука. Гарантийная наработка до отказа обоймы, непрерывно работающей в нефтяной скважине с напорами 900-1500 м, не менее года при сроке хранения 2 года.

Обоймы, покрытые изнутри эластомером, изготавливают, как правило, в пресс-форме. Эластомер заполняет форму и подвергается вулканизации. С помощью литьевых стержней с правым и левым направлением винтовых спиралей формируется соответствующие обоймы - правые и левые. Перед сборкой качество и размер обойм контролируется гладкими цилиндрическими калибрами. По торцам обоймы контролируется твердость эластомера.

В основании насосов под гидрозащиту 1Г51 применяется высокопрочный силицированный графит марки СГ-П.

.2.7   Погружные электродвигатели винтовых насосов и их гидрозащита

Приводом винтовых насосов служит погружной электродвигатель маслонаполненный, трехфазный, асинхронный с короткозамкнутым ротором, четырехполюсной, переменного тока частотой 50 Гц, с частотой вращения вала 1500 об/мин.

Для погружного электродвигателя принято следующее обозначение:

Принципиальная схема погружного электродвигателя представлена на рисунке 9.

- опора; 2 - головка; 3 - корпус подшипника верхнего; 3- статор; 5 - ротор; 6 - подшипник промежуточный; 7 - корпус подшипника верхнего; 8 - основание; 9 - фильтр; 10 - клапан перепускной

Рисунок 9 - Погружной электродвигатель

Гидродвигатель комплектуется гидрозащитой 1Г51 (рисунок 10), состоящей из протектора, устанавливаемого между насосом и электродвигателем и компенсатора, присоединяемого к нижней части электродвигателя.

Гидрозащита обеспечивает герметизацию внутренней полости электродвигателя от попадания пластовой жидкости, выравнивает давление внутри него с давлением в скважине на уровне подвески, компенсирует температурные изменения объема и расхода масла [5].

- протектор; 2 - перепускной клапан; 3 - компенсатор

Таблица 4 - Технические характеристики погружных электродвигателей

.3      Установки штанговых винтовых насосов с наземным приводом

.3.1   Назначение и область применения насосов

Установки погружных винтовых насосов с наземным приводом часто называют УШВН (установка штангового винтового насоса), предназначены для откачки высоковязкой пластовой жидкости из нефтедобывающих скважин.

Установка (рисунок 11) представляет собой погружной штанговый насос (ШВН), статор которого неподвижно крепится на колонне труб НКТ, а винт к колонне штанг. К нижней части статора крепится клапанный узел. Наземное оборудование включает колонную головку, превентор-тройник, редуктор, модульную вставку, электродвигатель.

Вращение винта осуществляется колонной штанг, размещенной внутри колонны НКТ, от наземного привода, состоящего из вращателя (редуктора) и электродвигателя.

Винтовой насос обеспечивает высокую работоспособность при откачке высоковязкой жидкости с повышенным газовым фактором и значительным содержанием механических примесей.

В наклонно-направленных скважинах для уменьшения сил трения и износа труб НКТ устанавливаются муфты-центраторы, которые выполняют функцию промежуточных радиальных опор, могут быть представлены в двух конструктивных исполнениях:

-  неразборные, размещенные непосредственно на полноразмерной или укороченной штанге по специальной технологии в заводских условиях;

-       разборные, устанавливаемые между муфтами стандартных штанг.

Наиболее рационально использовать штанговые центраторы, обеспечивающие их неподвижность относительно колонны НКТ, что приводит к снижению расхода электроэнергии и износа труб. Несколько нижних штанг, расположенных непосредственно близко к эксцентрично вращающемуся ротору, центраторами не оснащаются.

Рациональной областью применения УШВН являются вертикальные скважины или скважины с малыми темпами набора кривизны с пластовыми жидкостями высокой вязкости, с повышенным содержанием газа и механических примесей. Чаще всего УШВН применяются для дебитов от 3 до 50-100 м3/сутки с напором до 1000-1500 м, однако, некоторые типоразмеры УШВН могут иметь гораздо большие добычные возможности.

- электродвигатель; 2 - модульная вставка; 3 - вращатель; 4- превентор-тройник; 5 - колонная головка; 6 - НКТ; 7 - штанговая вращательная колонна; 8 - ротор винтового насоса; 9 - статор винтового насоса; 10 - клапанный узел

Рисунок 11 - Компоновка винтовой насосной установки УШВН

1.3.2
Основные преимущества УШВН перед другими видами насосов

Основные преимущества установок штангового винтового насоса с наземным приводом:

-  снижение металлоемкости установки в 8-10 раз по сравнению со станками-качалками;

-       снижение энергетических затрат на 30% за счет подъема жидкости при вращательном движении колонны штанг;

-       поверхностный привод размещается на колонной головке без специального фундамента;

-       упрощение технологических работ при ремонтах скважин;