Конструкция погружных центробежных электронасосов для добычи нефти

1 АНАЛИЗ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПОГРУЖНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ЭЛЕКТРОНАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ.  

        1.1 Насосы фирмы «АЛНАС» 

    Электроцентробежные погружные насосы производства «АЛНАС» (сокращенно ЭЦНА) применяются для  подъема пластовой жидкости, а  также в системах поддержания пластового давления. «АЛНАС» производит и поставляет центробежные погружные насосы в габаритных группах 5, 5А, 6 и 8, производительностью от 18 до 2000 кубических метров в сутки и напором до 3300 метров. Широкая номенклатура насосов позволяет подобрать оборудование практически под любые условия эксплуатации.

    Насосы  «АЛНАС» спроектированы по секционному  принципу и в общем случае состоят  из входного модуля, газосепаратора, насосных секций, обратного и спускного  клапанов.

    Насосные  секции выполняются различной длины, что обеспечивает оптимальный подбор насоса к любой скважине. По всей длине каждой секции установлены промежуточные радиальные подшипники, что обеспечивает надежную и продолжительную работу насоса.

    Большая часть номенклатуры насосов по конструкции рабочих органов выполняется как в обычном, так и в двухопорном исполнении.

Применение  ЭЦН с рабочими ступенями двухопорной  конструкции позволяет в сложных  условиях эксплуатации, связанных с  повышенным содержанием в пластовой  жидкости механических примесей. 

1.2 Насосы фирмы «БОРЕЦ» 

       Завод «Борец» производит погружных электроцентробежные насосы (ЭЦН) для добычи нефти (рисунок 1):

в ГАБАРИТЕ 5" - насос с наружным диаметром корпуса 92 мм, для обсадных колонн с минимальным внутренним диаметром 121,7 мм;

        в ГАБАРИТЕ 5А" 

-насос с наружным диаметром корпуса 103 мм и комплектующим двигателем 103-го габарита - для обсадных колонн с минимальным внутренним диаметром 124,0 мм;

-насос с наружным диаметром корпуса 103 мм и комплектующим двигателем 117-го габарита - для обсадных колонн с минимальным внутренним диаметром 130,0 мм;

-в ГАБАРИТЕ 6" - насос с наружным диаметром корпуса 114 мм, для обсадных колонн с минимальным внутренним диаметром 144,1 мм;

-в ГАБАРИТЕ 6Б" - насос с наружным диаметром корпуса 130 мм, для обсадных колонн с минимальным внутренним диаметром 151,5 мм.

       

      Рисунок 1 - Насос ЭЦН фирмы «Борец» 
 
 
 
 

        Насосы типа ЭЦНМ

Насосы  погружные центробежные модульные  типа ЭЦНМ и 10ЭЦНМ 

Выпускаются модульного исполнения со ступенями  одноопорной конструкции из высокопрочного легированного модифицированного серого перлитного чугуна, обладающего повышенной износо- и коррозионной стойкостью.

Насосы  имеют напорную характеристику постоянно  падающей формы, исключающей возникновение неустойчивых режимов работы, приводящих к повышенной вибрации насоса и снижающей вероятность отказов оборудования.

Для повышения надежности работы насосы оснащаются керамическими осевыми  опорами вала.

В конструктивном исполнении насосов 10ЭЦНМ исключены осевые опоры валов в секциях. Осевые силы, действующие на валы насосных секций, передаются на вал протектора и воспринимаются усиленной пятой. Радиальные подшипники перенесены в основание и головку секции, тем самым уменьшены консоли вала. Насосы такого исполнения отличаются повышенной надежностью и долговечностью. 

1.3 Насосы фирмы «ИЖНЕФТЕПЛАСТ» 

       ООО «Ижнефтепласт» специализируется на проектировании и производстве насосного оборудования. Основным направлением деятельности предприятия является разработка и производство погружных электроцентробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти, а также комплектующих деталей и узлов для погружных электроцентробежных насосов из композиционных материалов на основе полимеров (рисунок 2).

       Компания «Ижнефтепласт» производит насосы погружные электроцентробежные с применением полимерных композиционных материалов (ПКМ). Данные насосы применяются для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин в условиях интенсивного отложения солей и минералов.

       

      Рисунок 2 - Насос типа ЭЦН фирмы «Ижнефтепласт»

Насосы, в зависимости от условий эксплуатации, изготавливаются в базовом (Б), коррозионно-стойком (К), износостойком (И) и коррозионно-износостойком (КИ) исполнении.

        Конструктивные особенности ЭЦН  

Применение  рабочих колес из ПКМ обеспечивает следующие преимущества: 

    а)Коррозионная стойкость позволяет использовать рабочие колеса в насосах коррозионно-стойкого и коррозионно-износостойкого исполнения;

    б)Высокая чистота проточных каналов, низкая адгезия материала, а также отсутствие образования гальванических пар обеспечивает низкое солеотложение и засорение проточных каналов асфальто-смоло-парафиновыми веществами (АСПВ);

    в)Малый вес (примерно в 5 раз меньше чугунных) значительно снижает массу ротора, особенно в насосах с большой производительностью, что обеспечивает уменьшение пусковых токов и плавный пуск двигателя;

    г)Низкое солеотложение и малый вес уменьшают дисбаланс и вибрации ротора, что уменьшает износ защитных втулок вала, опорных поверхностей направляющих аппаратов, вала. Уменьшается вероятность «полетов» оборудования;

    д)Малый вес в сочетании с высокой чистотой проточных каналов и низкой адгезией материала обеспечивает увеличение КПД;

    е)Применение закладных металлических ступиц увеличивает износостойкость и позволяет использовать рабочие колеса из ПКМ в насосах износостойкого и коррозионно-износостойкого исполнения;

    ж)Применение рабочих колес из ПКМ с диспергирующим элементом (импеллер) обеспечивает снижение влияния газового фактора на процесс отложения солей и минералов, особенно в скважинах с высоким обводнением пластовой жидкости.

    з)Применение направляющих аппаратов комбинированной конструкции, проточные каналы которых изготовлены из ПКМ, обеспечивает следующие преимущества:

    и)Высокая чистота и низкая адгезия проточных каналов обеспечивает низкое солеотложение;

            к)Снижение веса аппарата на 15…25% за счет применения ПКМ;

Повышение КПД ЭЦН (в целом) за счет снижения шероховатости поверхности проточных  каналов.

Полимерное  покрытие, стойкое к кислотам и температурам до 270°С, рабочих поверхностей головок, оснований, верхних подшипников, оснований входных модулей обеспечивает:

        Повышение коррозионной стойкости рабочих поверхностей;

        Значительное снижение шероховатости рабочих поверхностей;

Снижение  отложений солей и минералов  за счет низкой адгезии поверхностей с полимерным покрытием.

Все исполнения ЭЦН содержат в своем  составе промежуточные подшипники, обеспечивающие снижение вибрации ротора, что особенно актуально при неравномерном  отложении солей.

        2 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СТУПЕНЕЙ

        2.1Ступени фирмы «Ижнефтепласт» 

2.1.1 Рабочие колеса 

       ООО «Ижнефтепласт» производит рабочие колеса (ТУ 3665-004-24476500-03, ТУ 3665-010-24476500-04) для насосов обычного, коррозионно-стойкого, износостойкого и коррозионно-износостойкого исполнения, работающих в обводненных скважинах, а также в скважинах с интенсивным отложением солей и минералов. 

       

 

       Рисунок 3- Вид рабочего колеса(ПКМ) 

       Конструктивные особенности  рабочих колес (РК): 

       Рабочие колеса производятся из полимерных композиционных материалов (ПКМ) одно- и двухопорной конструкции, с короткой и удлиненной цельнолитой ступицей, а также с закладными металлическими ступицами.

       Применяемые материалы 

       Рабочие колеса для  насосов обычного исполнения (О) изготавливаются из стеклонаполненных полиамидов (СПА); для глубин опускания свыше 1800 м – из жидкокристаллических полимеров (ЖКП) (рисунок 3). 

       Примечание: материал СПА обеспечивает более высокую  чистоту проточных каналов, но является менее стойким к кислотным промывкам, чем материал ЖКП.

       Рабочие колеса для  насосов коррозионно-стойкого исполнения (К) изготавливаются из материала  ЖКП с антифрикционной добавкой (ЖКП-АФ).

       Рабочие колеса для  насосов износостойкого и коррозионно-износостойкого исполнения (И, КИ) изготавливаются из материала ЖКП (ЖКП-АФ) с закладной ступицей из чугуна ЧВШГ.

       Преимущества рабочих  колес из ПКМ: 

       Рабочие колеса из ПКМ  имеют ряд преимуществ перед  металлическими рабочими колесами:

       Коррозионная стойкость  позволяет использовать рабочие колеса в насосах коррозионно-стойкого и коррозионно-износостойкого исполнения;

       Высокая чистота  проточных каналов, низкая адгезия  материала, а также отсутствие образования  гальванических пар обеспечивает низкое солеотложение и практически  исключает засорение проточных каналов асфальто-смоло-парафиновыми веществами (АСПВ);

       Малый вес (примерно в 5 раз меньше чугунных) значительно  снижает массу ротора, особенно в  насосах с большой производительностью, что обеспечивает уменьшение пусковых токов и плавный пуск двигателя;

Низкое  солеотложение и малый вес  уменьшают дисбаланс и вибрации ротора, что уменьшает износ защитных втулок вала, опорных поверхностей направляющих аппаратов, вала. Уменьшается  вероятность «полетов» оборудования;

Малый вес в сочетании с высокой чистотой проточных каналов и низкой адгезией материала обеспечивает увеличение КПД;

Применение  закладных металлических ступиц увеличивает износостойкость и позволяет использовать рабочие колеса в насосах износостойкого и коррозионно-износостойкого исполнения.

С целью обеспечения ремонтопригодности (замена опорных шайб) в конструкцию  полимерных рабочих колес введены  специальные пазы на бурте для  удаления шайб (см. рис.). Данный конструктивный элемент обеспечивает беспрепятственное  и безопасное извлечение шайб из полимерных колес с помощью несложного слесарного инструмента типа отвертки.

         Рекомендации по эффективной эксплуатации рабочих колес из ПКМ 

       Многолетний опыт эксплуатации рабочих колес из ПКМ показал, что наибольший эффект их применения достигается в обводненных скважинах совместно с полимерными втулками защитными вала и шайбами из ПКМ (кроме слоистых пластиков).