Разработка технических средств для повышения надежности установки электроцентробежного насоса УЭЦН-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Разработка технических средств для повышения надежности установки электроцентробежного насоса УЭЦН-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
4 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
ЭЦН

4.1 Назначение УЭЦН

Насос предназначен для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин.
Характеристика пластовой жидкости
a) пластовая жидкость - смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа;
b) максимальная плотность жидкости - 1400 кгм3;
c) максимальная кинетическая вязкость однофазной жидкости, при которой обеспечивается работа насоса без изменения напора и к.п.д. - 1 мм2с;
d) водородный показатель попутной воды, рН 6,0 - 8,5;
e) максимальная массовая концентрация твердых частиц - 0,01%;
f) микротвердость частиц не более 5 баллов по Мооссу;
g) максимальное содержание попутной воды - 99% по объему;
h) максимальная объемная доля попутного газа на приеме насоса - 25%, с применением газосепаратора в составе установки - 55%;
i) максимальная объемная доля сероводорода - 0,001%.
Температура перекачиваемой жидкости в зоне работы погружного агрегата не более 90 С.
Частота вращения вала насоса 2910 об/мин.
Частота тока сети 50 Гц. Отклонение чатоты тока по ГОСТ 13109-67[18].

4.2 Состав насоса

Погружной электроцентробежный насос ЭЦНК6А-1250-400 спроектирован по секционному принципу состоит из нижней секции (СН), средних секций (СС), верхней секции (СВ), обратного и спускных клапанов рисунок 4.1.
Насос относится к шестой группе. Группа условно определяет минимальный внутренний диаметр эксплуатационной колонны, что составляет 148,3 мм. При
этом диаметр корпуса насоса равен 114 мм.

Рисунок 4.1 - Комплектация ЭЦН
4.3  Устройство модулей и работа насоса

Погружной насос собирается из модуля нижней секции (СН), средней секции СС, верхней секции СВ, которые соединяются между собой за фланцы при помощи шпилек и болтов.
Обратный клапан ввинчивается в ловильную головку верхней секции, спускной клапан ввинчивается в обратный. Привод насоса осуществляется специальным погружным двигателем. Перекачиваемая жидкость через нижнюю секцию поступает в секции насоса, где создается требуемый напор. Через обратный и спускной клапан жидкость поступает в напорный трубопровод-колонну НКТ. Обратный и спускной клапаны могут быть установлены и выше ловильной головки насоса на 5 насосно-компрессорных трубе.
Секция являются основной частью насоса, и состоит из корпуса, вала, пакета ступеней (рабочих колес и направляющих аппаратов), верхнего подшипника, нижнего подшипника, промежуточных подшипников, верхней осевой опоры, головки, основания, двух ребер, резиновых колец, шлицевой муфты и крышек. Рабочие колеса и направляющие аппараты установлены последовательно. Направляющие аппараты в корпусе стянуты верхним подшипником и основанием и во время работы неподвижны. Рабочие колеса посажены через шпонку на вал, который приводит их во вращение. При вращении колес перекачиваемая жидкость получает приращение напора от ступени к ступени. Верхний промежуточный и нижний подшипники являются радиальными опорами вала, а верхняя осевая опора воспринимает нагрузки, действующие вдоль оси вала. Резиновые кольца герметизируют внутреннюю полость секции от утечек перекачиваемой жидкости, резиновое кольцо герметизирует соединение секций между собой.
Шлицевая муфта служит для соединения с валом пристыкованной секции или протектора и передает вращение от одного вала к другому. На период транспортирования и хранения секция закрыта крышками.
Ребра предназначены для защиты электрического кабеля, располагаемого
между ними, от механических повреждений о стенку обсадных труб при спуске и подъеме насоса. Ребра прикреплены к основанию секции болтом с гайкой.
Спускной клапан предназначен для слива жидкости из напорного трубопровода (колонны НКТ) при подъеме насоса из скважины.
Спускной клапан (рисунок 4.2) состоит из корпуса 1, с одной стороны которого имеется внутренняя коническая резьба муфты для соединения к НКТ с условным диаметром 89 мм, а с другой стороны – наружная коническая резьба для ввинчивания в обратный клапан.

Рисунок 4.2 - Спускной клапан

В корпус ввернут штуцер 2, который уплотнен резиновым кольцом 3.
Перед подъемом насоса из скважины концы штуцера, находящийся во внутренней полости клапана, сбивается (обламывается) специальным инструментом, и жидкость из колонны НКТ вытекает через отверстие в штуцере в затрубное пространство. На период транспортирования и хранения спускной клапан закрыт крышками 4, 5.
Обратный клапан предназначен для предотвращения обратного вращения рабочих колес насоса под воздействием столба жидкости в напорном трубопроводе при остановках насоса и облегчения его повторного запуска, используется для опрессовки колонны НКТ после спуска установки в скважину.
Обратный клапан (рисунок 4.3) состоит из корпуса 1, с одной стороны которого имеется внутренняя коническая резьба для подсоединения спускного клапана, а с другой стороны – наружная коническая резьба для ввинчивания в ловильную головку верхней секции.

Рисунок 4.3 – Обратный клапан
Внутри корпуса размещается седло 2, на которое опирается тарелка 5, зажимная гайка 3 с уплотнительным кольцом 8, штока 6, предохранительной гайки 7, гайки 9. Тарелка имеет возможность осевого перемещения в направляющей втулке 4.
Под воздействием потока перекачиваемой жидкости тарелка поднимается, тем самым, открывая клапан. При остановке насоса тарелка опускается на седло под воздействием столба жидкости в напорном трубопроводе, т.е. клапан закрывается в напорном трубопроводе.
На период транспортирования и хранения обратный клапан закрыт крышками.

4.4 Назначение гидрозащиты

В применяемых в настоящее время насосах для добычи нефти погружной маслонаполненный электродвигатель заполняют специальным жидким маслом для того, чтобы в его полость не проникла пластовая жидкость и не нарушала изоляцию обмотки статора. Заполнение двигателя необходимо не только для защиты обмотки. Наличие в двигателе масла позволяет применить обмоточный провод с изоляцией меньшей толщины , что улучшает коэффициент заполнения паза медью и использование железа статора, а также повышает характеристики двигателя.
Наличие в двигателе масла обеспечивает надежность и долговечность работы
подшипников, пяты и других трущихся деталей. Но для того, чтобы в двигателе не попала пластовая жидкость, недостаточно только заполнить его маслом, плотность которого, как правило, бывает меньше, чем у окружающей жидкости.
 Для предотвращения проникновения пластовой жидкости в двигатель необходимо, чтобы находящееся в нем масло при любой глубине погружения агрегата над уровнем жидкости испытывало большее давление, чем давление окружающей среды. Это первая задача гидрозащиты.
 Вторая задача гидрозащиты заключается в том, чтобы сократить до минимума утечки масла из двигателя и компенсировать потерю с тем, чтобы обеспечить длительную работу двигателя в скважине без подъема для заполнения маслом.
 Третья задача состоит в компенсации изменения объема масла от разности температуры на поверхности и в скважине и при больших колебаниях температуры во время работы и остановок. Причем компенсация должна происходить немедленно при самых небольших температурных изменениях, без повышения или понижения давления в двигателе больше допустимого, с тем, чтобы не расстроить уплотнения и не пропустить пластовую жидкость внутрь двигателя.
На рисунке 4.4 представлена компоновка электродвигателя с гидрозащитой.

Рисунок 4.4 - Компоновка электродвигателя с гидрозащитой

Компановка состоит из протектора 1, электродвигателя 2, компенсатора 3.
Компенсатор МК-54 предназначен для выравнивания давления в двигателе и пополнения его маслом.
Изменение объема масла в погружном электродвигателе происходит с помощью резиновой диафрагмы расположенной в корпусе компенсатораДля устранения перепада давления между внешней и внутренней средой в корпусе компенсатора имеются отверстия показанные на рисунке 4.5.


Рисунок 4.5 - Корпус компенсатора.
В состав компенсатора МК-54 (Рисунок 4.6) входит: каркас с диафрагмой 1, корпус 2, пробка упаковочная 3, пробка 4, пробка упаковочная 5, крышка 6,
втулка защитная 7, пробка 8, клапан 9, шайбы 10, 11, 15, шпильки ресурсные 12, пробка 13, гайки 14, кольца 16, 17, 18, 19, 20.

Рисунок 4.6 - Компенсатор МК-54

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании рассмотренного материала, анализа эксплуатации УЭЦН и информационного материала о перспективах разработки УЭЦН, можно сделать вывод, что для дальнейшего развития добычи нефти с помощью УЭЦН в России необходимо продолжить внедрение в производство передовых технологий направленных на снижение аварийности УЭЦН. Это достигается путем выполнения следующих мероприятий:
a) снижение естественной вибрации путем применения новых материалов, конструктивных доработок насосов;
b) применение страховочных и противополетных муфт;
c) повышение прочности отдельных узлов;
d) применение разработок понижающих степень засорения рабочих органов насоса;
e) устранение в установке опасных сечений;
f) подконтрольная эксплуатация УЭЦН силами работников заводов- производителей.
Предложенные в данном дипломном проекте мероприятия и полный анализ скважины, перед спуском УЭЦН позволят:
a) повысить эксплуатационные характеристики УЭЦН
b) повысить наработку УЭЦН в осложненных скважинах;
c) сократить «полеты» связанные с гидрозащитой;
d) сократить отказы ПЭД;
e) снизить себестоимость добычи нефти за счет уменьшения потерь добычи от простоя скважин;
f) сократить затраты на текущий ремонт.
В данном дипломном проекте разрабатывается задача повышения надежности погружного электроцентробежного насоса. Для уменьшения числа аварий погружных электроцентробежных насосов связанных с "полетами" узла гидрозащиты, а именно, компенсатора предлагается его модернизация. Также представлена новая конструкция обратного клапана, улучшающая эксплуатационные показатели насоса.
 Дипломный проект состоит из пояснительной записки и графической части.
 Пояснительная записка включает в себя три раздела: техническая, экономическая часть и раздел безопасности и экологичности проекта. В технической части проводится обзор УЭЦН, описание конструкции и принципа работы компенсатора и обратного клапана, необходимые расчеты надежности конструкций. Раздел безопасности и экологичности проекта рассматривает вопросы охраны труда и окружающей среды. Экономическая часть раскрывает оценку экономической эффективности внедрения разработанных конструкций.
 Пояснительная записка объемом 97 машинописных листа формата А4, содержит 27 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 24 наименований.
Графическая часть состоит из графического материала объемом в количестве 10 листов чертежей, выполненных на формате А1.