Винтовая штанговая насосная установка УН1ВС114–20/8-Модернизация: разработано специальное стопорное устройство с винтоклиновым механизмом, которое позволяет упростить конструкцию и повысить надежность установки-Дипломная работа-Оборудование для добычи и п

Темой данного дипломного проекта является разработка конструкции ШВНУ для добычи нефти в осложненных условиях (а именно в скважины с высоким содержанием АСПО и механических примесей).

При выборе прототипа насоса в проекте были рассмотрены различные виды штанговых винтовых насосов, а именно:
- стандартная схема исполнения ШВНУ
Преимуществом данной схемы является: простота конструкции, малая масса привода, простота монтажа, транспортировки и обслуживания.
Недостатками являются: невозможность использования в наклонных скважинах и невысокая эффективность использования данной схемы при высоких температурах пластовой жидкости
-схема с использованием полых штанг.
Данная схема может быть выполнена в двух модификациях  плакат
- схема с вращающимся статором и заякоренным ротором и схема с вращающимся полым ротором.
Эти схемы обладают преимуществами стандартной схемы, и особенностью этих схем является то, что поток пластовой жидкости поднимается по их внутреннему каналу, что предотвращает отложение парафина и снижает потери на трение за счет создания водяного кольца на стенках полых штанг.
Недостатком схемы 1 является сложность монтажа, так как в ней помимо колонны НКТ (на которой спускается обойма насоса) используется колонна полых штанг (на которой спускается винт насоса). В результате проведенного анализа в качестве прототипа была выбрана с вращающимся полым ротором.

Разработанная насосная установка включает в свой состав скважинное и наземное оборудование.
Наземная часть состоит из: электродвигателя, оборудования устья скважины и клиноременной передачи. В разработанной схеме используется 2-ступенчатая трансмиссия. Использование в качестве второй ступени трансмиссии червячной передачи позволяет отказаться от специального тормозного устройства, что повышает надежность конструкции установки.
Скважинная часть насоса состоит из: колонны НКТ, центраторов, эксцентриковой муфты, гибкого вала, погружного насоса и якорного устройства.

На основании проведенных расчетов для данного исполнения в определенных условиях скважины были сконструированы:
- рабочие органы скважинного насоса
Подобран винт с передаточным отношением 1:2. Особенностью конструкции данного насоса является то, что винт выполнен полым, с отверстием 20 мм для прохода добываемой жидкости, длинна рабочей пары 2 метра выбрана для обеспечения расчетного давления 12 МПа.
- был проведен расчет НКТ.
В качестве полых штанг в данной установке используются НКТ группы прочности К. Высокая прочность НКТ обосновывается тем, что в теле колонны возникают дополнительные напряжения от ее вращения (коэффициент запаса прочности 2,5).
- выбрана опора качения
(упорный подшипник 8415 ГОСТ 6478-75),
- в расчете приводного двигателя
выбран асинхронный электродвигатель трехфазного тока ВА02-52-4 взрывозащитного исполнения. Мощность 10 кВт, синхронная частота вращения 1500 об/мин.. Двигатель с данной частотой вращения выбирается исходя из того, что он имеет наименьшие массо-габаритные показатели.
- в расчете клиноременной передачи
выбран ремень Б-1900 Ш ГОСТ-12841-80
- расчет запаса прочности устьевой НКТ
расчет запаса прочности устьевой НКТ показал что, для увеличения долговечности резьбовых соединений целесообразно использовать удлиненные муфты. Увеличение резьбовой части муфты на 32 мм привело к повышению запаса усталостной прочности соединения при изгибающих переменных нагрузках на 85 %.

В разделе технико-экономическое обоснование был произведен расчет экономической эффективности и доказана целесообразность массового ввода установок данного типа в эксплуатацию.

В разделе безопасность был проведен анализ условий труда и меры безопасности при эксплуатации винтового насоса выполнен расчет заземления насосной установки.

Вывод:
Исходя из представленных в дипломном проекте материалов, расчетов и чертежей можно сделать вывод о том, что данная установка может успешно применяться для добычи нефти в скважинах с высоким содержанием смол и парафинов, а также механических примесей и иметь больший МРП по сравнению с типовой конструкцией ШВНУ.
На основании анализа, проведенного в разделе 2, представляется наиболее перспективной разработка новой модели винтового насоса с использованием в качестве штанг насосно-компрессорных труб и приводом от электродвигателя через клиноременную и червячную передачу. Данная схема выгодно отличается сочетанием относительной простоты конструкции и высоких эксплуатационных характеристик.
Такая установка способна перекачивать жидкость с содержанием воды до 99%, свободного газа на приеме – до 50%. Содержание механических примесей при надлежащем подборе материалов и посадок может доходить до 0,8 г/л. Наиболее перспективно применение подобных установок для перекачки высоковязких жидкостей с вязкостью до 600 мм2/с. Поле их подач может лежать в пределах от нескольких литров в час до сотен кубометров в час, а поле давлений – от 0,1 до 12 и более МПа. При этом все установки винтовых насосов обладают сравнительно высоким КПД, который составляет 55..60%, что выше, чем у центробежных и плунжерных насосов при работе в перечисленных выше условиях.
В качестве прототипа наиболее рационально, будет принять установку погружного винтового насоса УН1ВС.
Установки выпускают для скважин с минимальным диаметром эксплуатационной колонны 121,7 мм. Основные параметры установок винтовых насосов с погружным электродвигателем УН1ВС приведены в табл.3.1 [30].
Диаметр поперечного сечения погружного агрегата установок 117 мм.

Согласно заданию подбираю установку с наиболее близкими параметрами (в дальнейшем она будет являться базовым вариантом для всех расчетов и изменений): УН1ВС114–20/8

Состав установки:
1. насос погружной (НП), состоящего из насоса одновин¬тового, клапана сливного, стопора забойного и фиксатора;
2. приводная колона насосно-компрессорных труб (НКТ);
3. привод устьевой;
4. центраторы;
5. станция управления.
Насос одновинтовой включает в себя пару винт - обойма и пяту. Стопор неподвижно фиксирует обойму насоса в об¬садной трубе. Верхний конец полого винта соединен с приводной колонной, на которой насос опускают на задан¬ную глубину. В данной схеме исполнение рабочих органов выбрано с кинематическим отношением 1:2. Это обусловлено следующими преимуществами:
относительно простая технология изготовления ротора;
пониженная вибрация вследствие минимальной переносной угловой скорости ротора;
повышенная допустимая частота вращения (несущественно ограниченная инерционной силой), что упрощает компоновку привода насоса;
минимальная скорость жидкости в каналах РО, что уменьшает их гидроабразивный износ;
оптимальная кривизна винтовых поверхностей РО, что обеспечивает минимальные контактные напряжения.
Основной недостаток насосов с однозаходным ротором [9] - необходимость существенного удлинения РО для обеспечения высокого давления при пониженной частоте вращения п (500 об/мин и ниже).
Приводная колонна, состоящая из набора насосно-компрессорных труб 60х5-К и муфт 60-К по ГОСТ 633, пред¬назначена для спуска насоса на заданную глубину, переда¬чи крутящего момента на ротор (винт) насоса и подачи пластовой жидкости на поверхность. Верхний и нижний конец колонны соединен с приводным валом устьевого привода и ротором насоса трубой В-60х5-К с муфтой В-60-К. Для предохранения приводной колонны от конта¬кта с обсадными трубами предусмотрены центраторы, которые устанавливаются на каждую трубу.
Устьевой привод состоит из двигателя, непосредственно приводного механизма - клиноременной передачи червяч¬ного редуктора и вертлюга. Монтаж привода производит¬ся на фланце крестовины трубной головки.
Насос, получая вращение от устьевого привода посред¬ством приводной колонны, подает по ней пластовую жид¬кость наверх, которая отводится через вертлюг в промыс¬ловый трубопровод, снабженный обратным и запорными клапанами.
Изменение частоты вращения приводной колонны в интервале, указанном в разделе осуществляется сменой шкивов.