НАСОС ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ДЛЯ ДОБЫЧИ С КАМЕРНОЙ ГИДРОЗАЩИТОЙ. Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

В данном курсовом проекте рассматривается камерная гидрозащита для защиты погружных электродвигателей. Данное устройство предлагается устанавливать между погружным электроцентробежным насосом и погружным маслозаполненным электродвигателем. Конструкция проста в изготовлении, удобна при монтаже и его использование уменьшит количество подъемов.
Пояснительная записка включает в себя 3 раздела: техническую часть, экономическую часть и раздел безопасности и экологичности проекта. В техническую часть входят: назначение, описание конструкции, патентная проработка и литературный обзор существующих конструкций. Экономическая часть рассматривает вопросы обеспечения экономической эффективности при переходе от диафрагменной конструкции к камерной гидрозащите. Раздел безопасности и экологичности проекта рассматривает вопросы охраны труда и окружающей среды при эксплуатации УЭЦН.
Дипломный проект состоит из: графического материала объемом в количестве листов формата А1, и пояснительной записки объемом машинописных листов, включающую рисунка, таблиц и формул, а также список литературы, включающий 39 пунктов.

3 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРОЗАЩИТЫ
3.1 Патентная проработка и литературный обзор
3.1.1 Протектор для гидравлической защиты погружного
маслозаполненного электродвинателя

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в установках погружных электронасосов для добычи нефти [5]. Протектор содержит корпус, вал с торцевым уплотнениями и опорными подшипниками, ниппели, узел пяты, головку с приемной сеткой и основание. Ниппели с опорными подшипниками расположены вдоль вала между головкой и основанием с образованием гидрозатворных камер, заполненных маслом электродвигателя. Узел пяты с опорой вала размещен в нижней части протектора и совмещен с узлом основания.
Система сброса давления и удаления газов выполнена в виде обратных клапанов, сообщающихся между собой посредством осевых отверстий и соединительных трубок.
Торцевые уплотнения размещены в зоне ниппелей, причем верхнее торцовое уплотнение выполнено по сдвоенной схеме с оппозитным расположением сильфонов.
Изобретение направлено не повышение надежности гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя путем создания бездиафрагменной конструкции протектора, обеспечивающего разобщение полостей скважины и электродвигателя и компенсацию давления масла в нем.







  
Рисунок 3.1- Протектор для гидравлической защиты маслозаполненного
электродвигателя

Протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполненного электродвигателя, содержащий корпус, вал с торцевыми уплотнениями и опорными подшипниками, ниппели, узел пяты, головку с приемной сеткой и основание, отличающийся тем, что ниппели с осевыми отверстиями и опорными подшипниками расположены вдоль вала в осевом направлении между головкой и основанием с образованием гидрозатворных камер, заполненных маслом электродвигателя, узел пяты с опорой вала размещен в нижней части протектора и совмещен с узлом основания, причем система сброса давления и удаления газов выполнена в виде обратных клапанов, сообщающихся между собой по средством осевых отверстий и соединительных трубок, а торцевые уплотнения размещены в зоне ниппелей, причем верхнее торцовое уплотнение выполнено по сдвоенной схеме с оппозитным расположением сильфонов.



3.1.2 Протектор для гидравлической защиты погружного
маслозаполненного электродвигателя

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к гидрозащите погружных маслозаполненых эдектродвигателей, предназначенных для привода насосов, используемых в нефтяной промышленности для добычи нефти с пластовой жидкостью [6].



Рисунок 3.2 - Протектор для гидравлической защиты погружного
электродвигателя




1 Протектор для гидравлической защиты погружного маслозаполнного электродвигателя, содержащий корпус, внутри которого размещена диафрагма, закрепленная на опоре, первый и второй ниппели, между которыми размещен узел пяты, верхнюю и нижнюю головки с фланцами для соединения с насосом и электродвигателем, вал с нижним и верхним торцевым уплотнениями, клапан и кожух, имеющий фланец установленный на верхнем торцовом уплотнении, отличающийся тем, что введен отбойник, а первый ниппель и фланец выполнены с дополнительными совпадающими при установке отверстиями, причем отбойник имеет форму диска и установлен жестко на валу над кожухом , а отверстие последнего имеет сообщение с затрубным пространством.
2  Протектор отличающийся тем, что каждый ниппель содержит подшипник скольжения и отверстие для удаления воздуха при заполнении маслом.












3.1.3 Литературный обзор существующих конструкций
гидрозащиты
3.1. Гидрозащита АОА «АЛНАС»
Для обеспечения надежной работы погружного двигателя в сложных условиях эксплуатации разработана и внедрена в серийное производство гидрозащита МГ54, которая по своим характеристикам превосходит выпускающиеся модификации МГ51, МГ52, П92, П92Д.
3.1.1 Отличительные особенности гидрозащиты МГ54
Протектор выполнен бездиафрагменным (при наличии диафрагмы высока вероятность порыва резиновой диафрагмы под воздействием давления; резина более подвержена агрессивному влиянию пластовой жидкости), так и для обеспечения надежной работы погружного двигателя в сложных условиях эксплуатации разработана и внедрена в серийное производство гидрозащита МГ54, которая по своим характеристикам превосходит выпускающиеся модификации МГ51, МГ52, П92, П92Д.

Отличительные особенности гидрозащиты МГ54:
• Протектор выполнен бездиафрагменным (при наличии диафрагмы высока вероятность порыва резиновой диафрагмы под воздействием давления; резина более подвержена агрессивному влиянию пластовой жидкости), таким образом, исключается выход из строя протектора по причине порыва диафрагмы;
• Применение специальных газоотводных клапанов теперь позволяет стравливать накапливающиеся в полостях протектора и электродвигателя газы наружу. Это исключает перегрев торцовых уплотнений и образование опасного превышения давления во внутренних полостях электродвигателя и гидрозащиты;
• За счет системы перепускных клапанов протектора, в итоге сообщающихся с пластовой жидкостью, и устройства для автоматического сообщения компенсатора с полостью двигателя перед монтажом не требуется рассчитывать объем масла и сливать его для компенсации последующих температурных расширений. Это значительно упрощает монтаж на скважине;
• Торцовые уплотнения протектора работают на запирание со стороны двигателя, что резко снижает вероятность просачивания масла сквозь уплотнения. Почти все импортные торцовые уплотнения работают на запирание, в том числе фирмы "Джон Крейн", которыми может комплектоваться гидрозащита МГ54;
• Узел пяты, работающий как осевой подшипник вала, расположен в нижней части протектора - это исключает работу узла без масла и его перегрев;
• В случае проникновения пластовой жидкости через торцевое уплотнение в первую камеру, торцовое уплотнение второй камеры препятствует дальнейшему движению пластовой жидкости и попаданию ее в электродвигатель;
• Компенсатор спроектирован таким образом, что резиновая диафрагма полностью находится в растворе, задавливающем пластовую жидкость - снаружи диафрагмы отсутствует свободный газ и это резко уменьшает проникновение газа сквозь диафрагму.

3.1.2Гидрозащита МГ54
3.1.2.1 Технические характеристики
Гидрозащита МГ54 хорошо зарекомендовала себя в особо тяжелых условиях эксплуатации (высокие температуры, большой газовый фактор) на скважинах г. Урай (Лукойл), и в настоящее время успешно применяется многими ведущими нефтедобывающими компаниями.
Для обеспечения надежной работы погружного двигателя в сложных условиях эксплуатации разработана и внедрена в серийное производство гидрозащита МГ54, которая по своим характеристикам превосходит выпускающиеся модификации МГ51, МГ52, П92, П92Д.
Гидрозащита МГ57 разработана на базе МГ54. При сохранении всех достоинств МГ54, конструктивное исполнение новой гидрозащиты предполагает более высокую надежность и удобство работы:
1. Узлы, выполнявшие функции протектора и компенсатора в МГ54, в данной гидрозащите совмещены в одном корпусе - это значительно снижает общую длину (материалоемкость), уменьшается количество межсекционных соединений
2. В модификациях МГ57 предусмотрено исполнение входного модуля насоса в составе гидрозащиты, что уменьшает число межсекционных соединений
3. Монтаж на скважине еще более упрощен (меньшее число межсекционных соединений, нет необходимости рассчитывать объем закачиваемого масла - при начале эксплуатации излишки выйдут сами через систему перепускных клапанов)
4. Через вышеуказанную систему клапанов в затрубное пространство стравливаются газ и излишки масла - не допускается превышение давления и температуры
5. Узел пяты, работающий как осевой подшипник вала, расположен в нижней части гидрозащиты - это исключает работу узла без масла и его перегрев.
6. Пластовую жидкость от полости двигателя отделяют три последовательно расположенные камеры с лабиринтными гидрозатворными перегородками и торцовыми уплотнениями (в протекторе МГ54 - две)
7. Расположение диафрагмы с компенсирующим объемом масла над двигателем уменьшает воздействие давления пластовой жидкости на диафрагму при спуске оборудования.
8. Возможно использование различных модификаций МГ57 с разной длиной диафрагмы, и, соответственно корпуса (для двигателей разной мощности требуется различный объем масла), что обеспечит более оптимальное соотношение материалоемкость/рабочие параметры гидрозащиты.

Таблица 3.1- Технические характеристики гидрозащиты МГ-54
Передаваемая мощность, кВт, до 90
Потребляемая мощность, кВт, не более 0,45
Объем заливаемого масла, л 5,8
Масса, кг 80
Диаметр, мм 92
Длина монтажная, мм 2526

Таблица 3.2- технические характеристики гидрозащит АОА “АЛНАС”
Типы гидрозащиты Состав гидрозащиты Потребляемая мощность, не более, кВт Длина, мм Диаметр, мм Масса, кг Объем масла, л
МГ 51 МП 51  0,33 1374 92 40 2,8
 МК 51 – 1042 103 21 4,5
МГ 52 МП 52 0,40 1700 92 54 3,5
 МК 52 – 1825 103 36 9,0
МГ 51.02 МП 51 0,33 1374 92 40 2,8
 МК 52 – 1825 103 36 9,0
МГ 51.01 МП 52 0,40 1700  92 54 3,5
 МК 51 – 1042 103 21 4,5
МГ 62 МП 62 0,45 1439 114 65 4,0
 МК 52 – 1825 103 36 9,0
МГ 54 МП 54 0,40 1682 92 50 4,0
 МК 54 – 1147 114 40 5,0

3.2.Гидрозащита ОАО «Борец»


Рисунок 3.4 - Однокорпусная гидрозащита ПБ92

3.2.1 Однокорпусные гидрозащиты типа ПБ92 ПБ92

Гидрозащита закрытого типа без компенсатора. Имеет два торцевых уплотнения, диафрагменную и гидрозатворную (лабиринтную) секции. Диафрагма протектора изготавливается из теплостойкой резины (до +150 С0). Сброс излишков масла при его расширении происходит через два обратных клапана, установленных последовательно. Такая конструкция позволяет эксплуатировать гидрозащиту ПБ92 в скважинах с повышенным газосодержанием. Газ, попадающий внутрь диафрагмы, сбрасывается через обратные клапаны, что предотвращает разрыв диафрагмы.

1ПБ92
 Гидрозащита закрытого типа без компенсатора, по конструкции аналогична гидрозащите 2ПБ92. Отличается наличием осевого подшипника повышенной несущей способности, способного воспринимать осевые нагрузки насоса. Применяется в комплектации с насосами, в которых отсутствует узел осевой пяты.

2ПБ92
 Гидрозащита закрытого типа без компенсатора. Имеет две диафрагменные секции и три торцевых уплотнения. Это обеспечивает более надежную защиту двигателя от попадания пластовой жидкости. Диафрагмы протектора изготавливаются из теплостойкой резины (до +150оС). Сброс излишков масла происходит через три обратных клапана, установленных последовательно. Рекомендуется для применения в скважинах с повышенным газосодержанием.

3ПБ92
 Гидрозащита закрытого типа без компенсатора, по конструкции аналогична гидрозащите ПБ92, но имеет повышенную компенсационную способность. Предназначена для секционных электродвигателей мощностью от 140 до 250 кВт.

4ПБ92
 Гидрозащита закрытого типа, по конструкции аналогична гидрозащите 3ПБ92. Отличается наличием осевого подшипника повышенной несущей способности, способного воспринимать осевые нагрузки насоса. Применяется в комплектации с насосами, в которых отсутствует узел осевой пяты.

ПБ 114
По конструкции аналогична гидрозащите 4ПБ92, отличается геометрическими размерами и предназначена для двигателей большей мощности и габаритов

Таблица 3.3- технические характеристики гидрозащит АОА “БОРЕЦ”
Параметры протекторов ПБ 92 1 ПБ 92 2 ПБ 92 3 ПБ 92 4 ПБ 92 ПБ 114
1 2 3 4 5 6 7
Мощность, передаваемая протектором,
кВт, не более 125 250 250 400
Мощность, потребляемая протектором,
кВт, не более 0.4
Частота вращения вала, об/мин, не более 3000
 
Продолжение таблицы 3.3
1 2 3 4 5 6 7
Количество диафрагм 1 2 2 2 2 2
Количество торцевых уплотнений 2 3 3 2 2 2
Объем заливаемого масла,л
-гидрозатворная секция
-диафрагменная секция 
Масса, кг 55 66 65 70 72 100
Диаметр корпуса, мм 92 114
Длина монтажная, мм 1870 2330 2310 2773 2793 2803


3.2.2 Двухкорпусные гидрозащиты 1ГБ52, 2ГБ52
1ГБ52

Гидрозащита состоит из 2-х камерного протектора и компенсатора. В протекторе гидрозащиты установлены две эластичные диафрагмы и три торцевых уплотнения производства "Джон Крейн", что обеспечивает надежную защиту электродвигателя от попадания пластовой жидкости.
В компенсаторе установлен автоматический перепускной клапан, соединяющий полости компенсатора и электродвигателя при погружении в пластовую жидкость на глубину 15-30 м.
Диафрагмы протектора и компенсатора выполнены из теплостойкой резины, позволяющей эксплуатировать гидрозащиту 1ГБ52 при температуре пластовой жидкости до +135 oС. Для двигателей мощностью 125 кВт предусмотрен двухсекционный компенсатор.

2ГБ52
Гидрозащита состоит из протектора (рисунок 3.5) и компенсатора (рисунок 3.6). Протектор гидрозащиты 2ГБ52 не имеет диафрагм. Сброс излишков масла при его расширении происходит через три обратных клапана, установленных последовательно. Три торцевых уплотнения обеспечивают надежную защиту электродвигателя от попадания пластовой жидкости.
Компенсатор гидрозащиты 2ГБ-52 аналогичен компенсатору гидрозащиты 1ГБ52.

Рисунок 3.5- Протектор

Рисунок 3.6- Компенсатор

Таблица 3.4- Гидрозащита 1ГБ 52 и 2ГБ52
Параметры протекторов
1 ГБ 52 2 ГБ 52
Количество диафрагм 2 -
Количество торцевых уплотнений 3 3
Диаметр корпуса, мм 92
Длина монтажная, мм 875 640
Масса, кг 34 30
Параметры компенсаторов 1 ГБ52 1 ГБ52-125
Мощность двигателя, кВт 16-90 125
Количество диафрагм 1 2
Объем масла, л 4.5 9
Диаметр, мм 103
Длина монтажная, мм 1010 1830
Масса, кг 20 36


ОАО «Борец» дает в своей документации рекомендации по использованию гидрозащиты в насосных установок.
Основная рекомендация по использованию это гидрозащита ПБ92 у которой основным отличием и преимуществом от гидрозащиты МГ-54 является передаваемая мощность ПБ92-ПБ114 - 125-400 кВт, в сравнении с МГ-54 – 90 кВт. Если проанализировать рекомендации ОАО «Борец» ПБ92 рекомендуется в 125 случаях из более чем 250 типоразмеров. При этом необходимо учесть, что во всех остальных случаях рекомендуются более мощные гидрозащиты.

Таблица 3.5- Параметры протекторов типа БП
Параметры протекторов ПБ 92 1 ПБ 92 2 ПБ 92 3 ПБ 92 4 ПБ 92 ПБ 114
Мощность, передаваемая протектором, кВт, не более 125 250 250 400
Мощность, потребляемая протектором, кВт, не более 0.4


3.3 Гидрозащиты ООО «НОВОМЕТ»

Преимущества гидрозащит ГЗН-86, ГЗН-92, ГЗН-103 производства ЗАО «Новомет» перед существующими российскими аналогами.
Гидрозащиты ГЗН-86, ГЗН-92, ГЗН-103 трёхкамерные, закрытого типа, в отличие от выпускаемых в России обладают более высокой надёжностью за счёт следующих факторов:
• гидрозащита снабжена сдвоенным клапаном сброса избыточного давления масла из полости электродвигателя и гидрозащиты, предохраняющим мембрану от прорыва;
• гидрозащита снабжена фильтром – холодильником для фильтрования металлических частиц износа и охлаждения масла вдоль стенки корпуса, что позволяет уменьшить отказы электродвигателя из-за короткого замыкания и уменьшить давление масла в электродвигателе от нагрева;
• гидрозащита имеет возможность при смене верхней головки и нижнего основания присоединять насосы и электродвигатели зарубежных фирм (Центролифт, ОДИ, Реда, Китай) без разборки основной конструкции;
• гидрозащита может быть модульной с табличным исполнением вала;
• вал гидрозащиты предохранён от износа сменными втулками, которые служат добавочными опорами, увеличивающими устойчивость вала;
• подпятник гидрозащиты вполнен из секторов по технологии ЗАО «Новомет» методом порошковой металлургии с заливкой рабочей поверхности баббитом. Такая конструкция подпятника позволяет вращать вал гидрозащиты в обе стороны и хорошо отводить тепло из зоны соприкосновения с пятой.
• пята гидрозащиты высокоэффективна, так как опирается на максимальную поверхность, какая возможна при данном диаметре трубы;
• гидрозащита позволяет уменьшить количество соединений с двигателем, следовательно, снизить вероятность утечек масла, попадания пластовой жидкости в полость электродвигателя, сократить время монтажа, повысить надёжность системы в целом.