Эксплуатация скважин УЭЦН

Установки предназначены для эксплуатации высокодебитных, обводненных, глубоких и наклонных скважин, имеют самый высокий КПД и меньше подвержены влиянию кривизны ствола скважины, обслуживание ЭЦН просто, так как на поверхности размещаются только станция управления и трансформатор, не требующие постоянного ухода. Однако ЭЦН плохо работают в условиях коррозионно-агрессивной среды, при выносе песка, в условиях высокой температуры и высокого газового фактора.

Бесштанговые насосы содержат скважинный насос и скважинный привод насоса, непосредственно соединенные между собой.

Энергия к приводу подводится по кабелю. Благодаря отсутствию длинной механической связи насосы имеют значительно большую мощность, чем штанговые.

Рисунок 8 Схема УЭЦН.

Установка состоит из двух частей: наземной и погружной. Наземная часть включает трансформатор, станцию управления, оборудование устья скважины и иногда кабельный барабан. Погружная часть включает колонну НКТ, бронированный трехжильный кабель, погружной агрегат, состоящий из многоступенчатого центробежного насоса, оборудованного приемной сеткой и обратным клапаном, гидрозащиты, электродвигателя, в комплект установки входит также сливной клапан.

Погружной центробежный модульный насос — многоступенчатый вертикального исполнения. Насос изготовляют в двух исполнениях: обычном ЭЦНМ и коррозионностойком ЭЦНМК.

Рисунок 9 Схема погружного насоса. 1 — модуль-головка; 2 — модуль-секция; 3 — входной модуль.

Насос состоит из входного модуля, модуля-секции (модулей-секций), модуля-головки, обратного и спускного клапанов. Допускается уменьшение числа модулей-секций в насосе при соответствующем укомплектовании погружного агрегата двигателем необходимой мощности.

Соединение модулей между собой и входного модуля с двигателем — фланцевое. Соединения (кроме соединений входного модуля с двигателем и входного модуля с газосепаратором) уплотняются резиновыми кольцами.

Соединение валов модулей-секций между собой, модуля-секции с валом входного модуля, вала входного модуля с валом гидрозащиты двигателя осуществляется шлицевыми муфтами.

Соединение валов газосепаратора, модуля-секции и входного модуля между собой также осуществляется при помощи шлицевых муфт.

Рабочие колеса и направляющие аппараты насосов обычного исполнения изготовляют из модифицированного серого чугуна, насосов коррозионностойкого исполнения — из модифицированного чугуна ЧН16Д7ГХШ типа «нирезист». Рабочие колеса насосов обычного исполнения можно изготовлять из радиационно-модифицированного полиамида.

Модуль-головка состоит из корпуса, с одной стороны которого имеется внутренняя коническая резьба для подсоединения обратного клапана (насосно-компрессорной трубы), с другой стороны — фланец для подсоединения к модулю-секции двух ребер и резинового кольца. Ребра прикреплены к корпусу модуля-головки болтом с гайкой и пружинной шайбой. Резиновое кольцо герметизирует соединение модуля-головки с модулем-секцией.

Модуль-секция состоит из корпуса, вала, пакета ступеней (рабочих колес и направляющих аппаратов), верхнего подшипника, нижнего подшипника, верхней осевой опоры, головки, основания, двух ребер и резиновых колец. Соединение модулей-секций между собой, а также резьбовые соединения и зазор между корпусом и пакетом ступеней герметизируются резиновыми кольцами.

Ребра предназначены для защиты плоского кабеля с муфтой от механических повреждений о стенку обсадной колонны при спуске и подъеме насосного агрегата. Ребра прикреплены к основанию модуля-секции болтом с гайкой и пружинной шайбой.

Входной модуль состоит из основания с отверстиями для прохода пластовой жидкости, подшипниковых втулок и сетки, вала с защитными втулками и шлицовой муфты для соединения вала модуля с валом гидрозащиты.

При помощи шпилек модуль верхним концом подсоединяется к модулю-секции. Нижний конец входного модуля присоединяется к гидрозащите двигателя.

Обратный клапан предназначен для предотвращения обратного вращения (турбинный режим) ротора насоса под воздействием столба жидкости в колонне НКТ при остановках и облегчения, тем самым, повторного запуска насосного агрегата. Обратный клапан ввинчен в модуль — головку насоса, а спускной — в корпус обратного клапана.

Рисунок 10 Обратный и сливной клапаны.

Спускной клапан служит для слива жидкости из колонны НКТ при подъеме насосного агрегата из скважины.

Допускается устанавливать клапаны выше насоса в зависимости от газосодержания у сетки входного модуля насоса. При этом клапаны должны располагаться ниже сростки основного кабеля с удлинителем, так как в противном случае поперечный габарит насосного агрегата будет превышать допустимый.

Для откачивания пластовой жидкости, содержащей у сетки входного модуля насоса свыше 25% (по объему) свободного газа, к насосу следует подсоединить насосный модуль — газосепаратор.

Рисунок 11 Газосепаратор. 1 — головка; 2 — втулка радиального подшипника; 3 — вал: 4 — сепаратор; 5 — направляющие аппараты: 6 — рабочее колесо; 7 — корпус; 8 — шнек; 9 — основание.

Требования к сепараторам: ликвидация вредного влияния газа, диаметр сепаратора должен обеспечивать зазор, пропуск заданного количества жидкости, обеспечение прохождения сепаратора в ННС.

Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые двухполюсные погружные унифицированной серии ПЭД в нормальном и коррозионностойком исполнениях, климатического исполнения В, категории размещения 5 работают от сети переменного тока частотой 50 Гц и используются в качестве привода погружных центробежных насосов в модульном исполнении для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин. Двигатели предназначены для работы в среде пластовой жидкости (смесь нефти и попутной воды в любых пропорциях) с температурой до 110 °C.

Рисунок 12 Погружной электродвигатель 1- крышка; 2-головка; 3-пята; 4-подпятник; 5-пробка; 6-обмотка статора; 7-втулка; 8-ротор; 9-статор; 10-магнит; 11-фильтр; 12-колодка; 13-кабель с наконечником; 14-кольцо; 15-кольцо уплотнительное; 16-корпус; 17,18-пробка.

Электродвигатели заполняются маслом МА-ПЭД с пробивным напряжением не менее 30 кВ. Статор выполнен из трубы, в которую запрессован магнитопровод, изготовленный из листовой электротехнической стали. Обмотка статора — однослойная протяжная катушечная. Фазы обмотки соединены в звезду. Ротор короткозамкнутый, многосекционный. В состав ротора входят вал, сердечники, радиальные опоры (подшипники скольжения), втулка. Вал пустотелый, изготовлен из высокопрочной стали со специальной отделкой поверхности. В центральное отверстие вала ротора верхнего и среднего электродвигателей ввинчены две специальные гайки, между которыми помещен шарик, перекрывающий слив масла из электродвигателя при монтаже.

Головка представляет собой сборочную единицу, монтируемую в верхней части электродвигателя (над статором). В головке расположен узел упорного подшипника, состоящий из пяты и подпятника, крайние радиальные подшипники ротора, узел токоввода (для несекционных электродвигателей) или узел электрического соединения электродвигателей (для секционных электродвигателей).

Токоввод — изоляционная колодка, в пазы которой вставлены кабели с наконечниками. Отверстие под пробкой служит для закачки масла в протектор при монтаже двигателя.

Гидрозащита предназначена для предотвращения проникновения пластовой жидкости во внутреннюю полость электродвигателя, компенсации изменения объема масла во внутренней полости от температуры электродвигателя и передачи крутящего момента от вала электродвигателя к валу насоса.

Разработано два варианта конструкций гидрозащит для двигателей унифицированной серии:

• · открытого типа — П92; ПК92; П114; ПК114 и
• · закрытого типа — П92Д; ПК92Д; (с диафрагмой) П114Д; ПК114Д. Гидрозащиту выпускают
• · обычного
• · коррозионностойкого (буква К — в обозначении) исполнений.

Рисунок 13 Гидрозащита, А — верхняя камера; Б — нижняя камера; 1 — головка; 2 — верхний ниппель: 3 — корпус; 4 — средний ниппель; 5 — нижний ниппель; 6 — основание; 7 — вал; 8 — торцовое уплотнение; 9 — соединительная трубка; 10 — диафрагма

Основным типом гидрозащиты для комплектации ПЭД принята гидрозащита открытого типа. Гидрозащита открытого типа требует применения специальной барьерной жидкости плотностью до 2 г/см³, обладающей физико-химическими свойствами, которые исключают ее перемешивание с пластовой жидкостью скважины и маслом в полости электродвигателя. Верхняя камера заполнена барьерной жидкостью, нижняя — диэлектрическим маслом. Камеры сообщены трубкой. Изменения объемов жидкого диэлектрика в двигателе компенсируются за счет перетока барьерной жидкости в гидрозащите из одной камеры в другую.

В гидрозащитах закрытого типа применяются резиновые диафрагмы, их эластичность компенсирует изменение объема жидкого диэлектрика в двигателе.

Для подвода электроэнергии к электродвигателю установки погружного насоса применяется кабельная линия, состоящая из основного питающего кабеля и срощенного с ним удлинителя с муфтой кабельного ввода, обеспечивающей герметическое присоединение кабельной линии к электродвигателю.

Рисунок 14 Круглый и плоский кабель. 1 — жила; 2 — изоляция; 3 — оболочка; 4 — подушка; 5 — броня.

В зависимости от назначения в кабельную линию могут входить:

• -в качестве основного кабеля — круглые кабели марок КПБК, КТЭБК, КФСБК или плоские кабели марок КПБП, КТЭБ, КФСБ;
• -в качестве удлинителя — плоские кабели марок КПБП или КФСБ;
• -муфта кабельного ввода круглого типа. Кабели марок КПБК и КПБП с полиэтиленовой изоляцией предназначены для эксплуатации при температурах окружающей среды до +90 °С.

Кабели КПБК и КПБП состоят из медных токопроводящих жил, изолированных в два слоя полиэтиленом высокой плотности и скрученных между собой (в кабелях КПБК) или уложенных в одной плоскости (в кабелях КПБП), а также из подушки и брони.

К кабельным линиям предъявляются достаточно жесткие требования-малые электрические потери, хорошие диэлектрические свойства изоляции, термостойкость к низким и высоким температурам, хорошая сопротивляемость воздействию пластовой жидкости и газа. Выбор конструкции кабеля зависит от температуры окружающей среды, свойств пластового флюида.

Для сохранения целостности кабеля и его изоляции при спуско-подъемных операциях необходимо кабель фиксировать на колонне НКТ. Простейшим приспособлением для крепления кабеля являются металлические пояса с пряжками, или клямсы. Крепление кабеля-удлинителя и основного кабеля к НКТ осуществляется по обе стороны каждой муфты НКТ на расстоянии 200−250мм от верхнего и нижнего торцов муфты.

Трансформаторы предназначены для питания установок от сети переменного тока напряжением 380 или 6000 В частотой 50 Гц. Трансформатор повышает напряжение, чтобы двигатель на вводе в обмотку имел заданное номинальное напряжение. Трансформатор состоит из магнитопровода, обмоток высокого напряжения и низкого напряжения, бака, крышки с вводами и расширителя с воздухоосушителем, переключателя.

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. Станция управления выполнена в металлическом ящике, устанавливается на открытом воздухе, но часто в специальной будке.

Рисунок 15 Схема оборудования устья скважины ЭЦН.

Устье скважины для эксплуатации установками ЭЦН оборудуется либо стандартной фонтанной арматурой со специальной планшайбой для пропуска и герметизации кабельной линии, либо специальным оборудованием.

Крестовик 1, соединенный с обсадной колонной, имеет разъемный конус 2, на котором подвешиваются НКТ. Над конусом расположено резиновое уплотнение 3, герметизирующее место вывода труб и кабеля 4. Уплотнение поджимается разъемным фланцем 5. Затрубное пространство скважины соединяется с выкидом из НКТ через колено 6 и обратный клапан 7. обратный клапан предназначен для отвода затрубного газа в линию нефтесбора. Крестовик 1 имеет специальное отверстие для применения эхолота или других приборов. Рабочее давление, на которое рассчитано оборудование устья, составляет 14 и 21 МПа, давление, на которое рассчитан устьевой сальник-4 МПа, диаметр условного прохода запорных органов-65мм.

Таблица 3.

Технологический режим скважин, оборудованных УЭЦН.