Изучение устройства наземного и скважинного оборудования при эксплуатации скважин с применением УЭЦН

     Как уже отмечено, на выкиде погружного насоса устанавливаются обратный и сливной клапаны.

     Обратный клапан

     Размещается в головке насоса и предназначен для предотвращения слива жидкости через насос из колонны НКТ при остановках погружного агрегата. Остановки погружного агрегата происходят по многим причинам: отключение электроэнергии при аварии на силовой линии; отключение из-за срабатывания защиты ПЭД; отключение при периодической эксплуатации и т.п. При остановке (обесточивании) погружного агрегата столб жидкости из НКТ начинает стекать через насос в скважину, раскручивая вал насоса (а значит,       и вал погружного электродвигателя) в обратном направлении. Если в этот период возобновляется подача электроэнергии, ПЭД начинает вращаться в прямом направлении, преодолевая огромную силу. Пусковой ток ПЭД в этот момент может превысить допустимые пределы, и, если не сработает защита, электродвигатель выходит из строя. Чтобы предотвратить это явление                и сократить простои скважины, погружной насос оборудуют обратным клапаном.

     С другой стороны, наличие обратного  клапана при подъеме погружного агрегата не позволяет жидкости стекать из колонны НКТ. Подъем установки проводят, когда колонна НКТ заполнена скважинной продукцией, которая выливается на устье, создавая сверхтяжелые условия работы бригаде подземного ремонта и нарушая все условия обеспечения безопасности жизнедеятельности, противопожарной и экологической защиты, что недопустимо. Поэтому погружной насос оборудуют так называемым сливным клапаном.

     Сливной клапан

     Размещается в специальной муфте, соединяющей между собой насосно-компрессорные трубы, и представляет собой, как правило, бронзовую трубку, один конец которой запаян, а другой, открытый конец, на резьбе вворачивается в муфту изнутри. Сливной клапан располагается горизонтально по отношению к вертикальной колонне НКТ. При необходимости подъема установки из скважины в колонну НКТ сбрасывается небольшой груз, который обламывает бронзовую трубку сливного клапана, и жидкость из НКТ при подъеме сливается в затрубное пространство.

     Электрический кабель

      Предназначен для подачи питающего напряжения на клеммы погружного электродвигателя. Кабель трехжильный, с резиновой или полиэтиленовой изоляцией 2 жил 1 и сверху покрыт металлической броней 3, 4. Поверхностное бронирование кабеля осуществляется стальной оцинкованной профилированной лентой, что предотвращает токоведущие жилы от механических повреждений при спуске и подъеме установки. Выпускаются кабели круглые и плоские (рисунок 4.4). Плоский кабель имеет меньшие радиальные габариты. Кабели зашифрованы следующим образом: КРБК, КРБП, КПБК, КПБП – кабель с резиновой изоляцией, бронированный, круглый; кабель с резиновой изоляцией, бронированный, плоский; кабель с полиэтиленовой изоляцией, бронированный, круглый; кабель с полиэтиленовой изоляцией, бронированный, плоский.

1 – жилы  кабеля; 2 – изоляция; 3, 4 - броня

Рисунок 4.4 – Круглый (а) и плоский (б) кабель для подвода электроэнергии       к двигателю

     Жилы  медные, с различным сечением; например, КПБП 3x16: кабель с полиэтиленовой изоляцией, бронированный, плоский, трехжильный с площадью поперечного сечения каждой жилы 16 мм².

     Кабель  крепится к колонне НКТ в двух местах: над муфтой и под муфтой. В настоящее время преимущественно применяются кабели с полиэтиленовой изоляцией.

     Автотрансформатор

     Предназначен для повышения напряжения, подаваемого на клеммы погружного электродвигателя. Сетевое напряжение составляет 380 В, а рабочее напряжение электродвигателей в зависимости от мощности изменяется от примерно 400 В до 2000 В. С помощью автотрансформатора напряжение промысловой сети 380 В повышается до рабочего напряжения каждого конкретного погружного электродвигателя с учетом потерь напряжения            в подводящем кабеле. Типоразмер автотрансформатора соответствует мощности используемого погружного электродвигателя.

     Станция управления

     Предназначена для управления работой и защиты УЭЦН и может работать в ручном и автоматическом режимах. Станция оснащена необходимыми контрольно-измерительными системами, автоматами, всевозможными реле (максимальные, минимальные, промежуточные, реле времени и т.п.). При возникновении нештатных ситуаций срабатывают соответствующие системы защиты, и установка отключается.

     Станция управления выполнена в металлическом  ящике, может устанавливаться на открытом воздухе, но часто размещается в специальной будке.

     Следует отметить, что созданы установки погружных центробежных электронасосов, спускаемых в скважину на кабель-канате (без использования колонны НКТ). Обладая определенными преимуществами по сравнению           с классической установкой, установка на кабель-канате имеет и серьезные недостатки: необходимость использования сложного шлипсового пакера, на который действует нагрузка от веса самой установки и от поднимаемой продукции, т.к. подъем продукции происходит по обсадной колонне; более тяжелые условия работы погружного агрегата, находящегося под давлением системы нагнетания; сложность борьбы с твердымиотложениями (парафин, соли) в обсадной колонне; более тяжелые условия работы кабель-каната, находящегося под давлением на выкиде насоса. В настоящее время эти установки для добычи нефти не применяются.

     Оборудование  устья скважины

     Предназначено для отвода в манифольд продукции скважины, герметизации пространства между обсадной колонной и насосно-компрессорными трубами с учетом ввода в это пространство кабеля                   и перепуска газа из этого пространства при увеличении его давления. Кроме того, конструкция устьевого оборудования предусматривает использование приборов при исследованиях скважины (измерении давления на выкиде у насосно-компрессорных труб и в затрубном пространстве, измерении уровня жидкости в скважине и т. д.).

     Для работ с ЭЦН используется оборудование устья типа ОУЭН (рисунок 4.5). Основой  его является уплотнение, герметизирующее  место вывода труб    и кабеля. Все основные узлы оборудования устья  унифицированы с узлами фонтанной арматуры и устья СШНУ. В комплект оборудования устья входит колено с обратным клапаном для соединения затрубного пространства с выкидом из НКТ. Оборудование устья типа ОУЭН рассчитано на рабочее давление 14 – 21 МПа (устьевой сальник), условный проход запорных органов 65 мм.

1 – крестовик; 2 – разрезной фланец; 3 – тройник; 4 – кабель; 5 – разъемный конус

Рисунок 4.5 – Оборудование устья ОУЭН 140-65

     5. Характеристики погружных центробежных насосов

     Графические зависимости напора Н, КПД η и потребляемой мощности N от подачи погружного центробежного насоса Q называются характеристиками насоса. Характеристики насоса снимаются при испытании на технической воде плотностью 1000 кг/м³ и вязкостью 1 мПа∙с и представляются в специальной литературе в виде графиков: Q - Н, Q - N, Q - η (рисунок 4.6).

     Видно, что наивысший КПД насоса достигается  при работе на оптимальной подаче Q_опт. Чтобы закрыть эксплуатационные условия огромного количества добывающих скважин по производительности, промышленность должна выпускать огромную номенклатуру погружных насосов, что нереально. Поэтому условимся, что каждый типоразмер выпускаемого насоса может работать в определенном диапазоне подач Q₁ – Q₂, правда, с меньшим, чем η_макс КПД. Рациональная область работы насоса может быть определена для каждого типоразмера насоса, с допущением, что КПД в этой области не снизится ниже величины η₁ = η₂. Эта величина может быть рассчитана следующим образом:

η₁ = η₂ = η_макс – (5-6) %,                                        (4.1)

     т.е. допускается работа насоса с КПД на 5-6 % ниже максимальной величины η_макс . Такой подход существенно расширяет область применения выпускаемых наружных центробежных насосов и ограничивает количество их типоразмеров.

Рисунок 4.6 – Характеристики погружного центробежного насоса

     Паспортные  характеристики погружных центробежных насосов, как уже отмечалось, получены при работе на воде. Разнообразие эксплуатационных условий скважин трансформирует водяные характеристики, иногда существенно. Основное влияние на характеристики центробежных насосов оказывают вязкость откачиваемой жидкости и содержание в жидкости свободного газа.

     Многолетняя практика широкомасштабного применения погружных центробежных электронасосов позволила выявить еще одну особенность: реальные характеристики серийных насосов при их стендовых испытаниях на технической воде несколько отличаются от паспортных. Как правило, реальные характеристики Q – Н и Q - η располагаются ниже паспортных, что требует корректировки паспортных характеристик. 
 
 
 
 
 
 

     6. Техника безопасности при обслуживании УЭЦН

      Автотрансформатор, станция управления заземляются  перед включением электрооборудования  в сеть, измеряется сопротивление  заземления. Около зажимов кабельного ввода и рубильников на станции  управления устанавливают изолирующие подставки. Около трансформатора и смотанного кабеля вывешиваются плакаты «Высокое напряжение».

      Повышенная  опасность поражения человека электрическим  током возникает при чрезмерной перегрузке токоприемников, прикосновении              к токоведущим частям электрооборудования, контакте с обычно нетоковедущими металлическими частями, случайно оказавшимися под напряжением, при резком снижении сопротивления изоляции. Электрическая сеть при коротком замыкании отключается при помощи быстродействующих реле выключателей, установленных плавких предохранителей. Все эти устройства предельно сокращают время возможного действия электрического тока на человека.

      Применяется защитное заземление, преднамеренное соединение с землей металлических  частей оборудования, обычно не находящихся под напряжением. Заземляются металлические корпуса соединительной коробки кабеля, вторичные обмотки трансформаторов, щиты, управления, броня кабеля, сопротивления корпуса.

      Наиболее  эффективный способ защиты – защитное отключение:                с помощью универсального устройства (прибор индикатор, автоматический выключатель) аварийный участок сети может быть отключен за доли секунд.

      Предусматривается применение средств индивидуальной защиты: резиновые перчатки, диэлектрические боты.

При использовании  оборудования электроподогрева руководствуются  общими правилами техники безопасности при эксплуатации электротехнических устройств в нефтяной промышленности