Склад обладнання УЕВН й виконувані ним функції

Установка зануреного електропривідного відцентрового насоса (рис. 1.13.2) складається із заглибного агрегату, що включає спеціальний заглибний маслозаповнений електродвигун 1, протектор гідравлічного захисту із газовим сепаратором 2, відцентровий багатоступінчастий насос 3, броньований кабель живлення 4, який кріпиться до колони НКТ 5 хомутами 6. За допомогою гирлового устаткування 8, установленого на колонній головці експлуатаційної колони 7, за допомогою перевідників підвішена колона насосно-компресорних труб 5. На поверхні поряд зі свердловиною встановлюється кабельний барабан 9 і автотрансформатор 10 зі станцією керування 11. На кабельному барабані 9 передбачений запас кабелю для збільшення глибини спуску заглибного агрегату, а під час підземного ремонту на нього намотується кабель, спущений у свердловину. Вище від насоса встановлюється зворотний клапан, що полегшує пуск установки після її простою, а над зворотним клапаном – спусковий клапан для зливання рідини з внутрішньої порожнини НКТ при їхньому підйомі.

Шифри установок наступні: перша буква «У» позначає установку, якщо після її знаходиться цифра, то вона означає порядковий номер модернізації, «Е» – з приводом від електродвигуна, «В» – відцентровий насос, «Н» – нафтовий. Наступна цифра і буква «А» розташовані після тире позначають умовну габаритну групу, наступні цифри, записані через тире – номінальну подачу (м³/добу) та номінальний напір (м) при номінальній подачі.

Рисунок 1.13.2 – Установка відцентрового заглибного насоса

Умовні габаритні групи установок наступні:

група 5 – для експлуатації свердловин із внутрішнім діаметром експлуатаційної колони не менше ніж 121, 7 мм;

група 5А – не менше ніж 130 мм;

група 6 – не менше ніж 144, 3 мм;

група 6А – не менше ніж 148, 3 мм.

У позначеннях установок, що поставляються з насосами підвищеної зносостійкості, додається буква З, а з насосами підвищеної корозійної стійкості – буква К.

Наприклад, УЕВН – 5 – 130 – 1200К – установка з приводом від заглибного електричного двигуна; для експлуатації в свердловинах із діаметром експлуатаційної колони не менше ніж 121, 7 мм; із номінальною подачею – 130 м³/добу при номінальному напорі – 1200 м; корозійно стійке виконання.

Розглянемо більш докладно конструкції перерахованих компонентів установки свердловинних відцентрових насосів.

Відцентровий насос являє собою набір певної кількості робочих коліс і спрямовуючих апаратів. Робочі колеса встановлені на валу, що спирається на підшипники, розташовані разом із спрямовуючими апаратами в середині корпусу (рисунок 1.13.3). На цьому рисунку насос показаний у транспортному варіанті – з обох боків його деталі захищені кришками.

Рисунок 1.13.3 – Свердловинний відцентровий насос

Робочі колеса 7 з'єднані з валом 3 за допомогою шпонкового з'єднання 6 і мають можливість вільного осьового переміщення вздовж нього. Спрямовуючі апарати 5 установлені в корпусі 4 нерухомо і у верхній частині його підтягнуті гайкою. Така конструкція забезпечує передачу осьового зусилля, що діє на кожне колесо, спрямовуючому апарату. При цьому вал розвантажується від осьового навантаження і передає тільки обертальний момент.

Осьове зусилля від колеса 1 до спрямовуючого апарата 2 (рисунок 1.13.4) передається через текстолітову шайбу 3, що утворює з опорною поверхнею апарата пари тертя, які задовільно працюють у пластовій рідині.

Рисунок 1.13.4 – Робоче колесо і спрямовуючі апарати насоса

При роботі насоса (рис. 1.13.3) на торець вала діє тиск рідини. Крім того, через відкладення солей, корозію металу і наявність сил тертя частина осьового тиску від коліс передається до валу. Осьове зусилля сприймається осьовою опорою ковзання, розташованою у верхній частині корпусу. Радіальні опори 2 і 8 встановлені зверху і знизу. Вал насоса з'єднується з валом протектора гідрозахисту двигуна за допомогою шліцевого з'єднання 11. (У транспортному положенні й при збереженні насоса виступаюча частина вала закрита захисним ковпачком)

Пластова рідина потрапляє до насоса через сітковий фільтр 9, розташований у нижній частині корпуса, і, пройшовши ступені насоса осьовим каналом, виходить із внутрішньої порожнини корпусу у внутрішню поверхню колони НКТ.

Число ступенів насоса коливається від 84 до 332, і якщо їх не вдається розмістити в одному корпусі довжиною 5-5, 5 м, то їх укладають у два, а іноді й у три корпуси. Перед спуском у свердловину окремі секції насоса з'єднуються одна з одною – вали за допомогою шліцевих муфт, а корпуси – фланцевими з'єднаннями.

При роботі насоса підшипники, розташовані у верхній частині корпусу, змащуються пластовою рідиною, яка відкачується, підшипники між колесами і спрямовуючими апаратами – нею ж; нижній підшипник у ряді конструкцій змащується мастилом, подаваним із протектора. Як матеріали пар тертя в упорному підшипнику використовується " гума – сталь", у радіальних опорах – " латунь (бронза) – сталь" (для насосів у зносостійкому виконанні – " гума – сталь").

Вал насоса виготовляється зі сталі 38ХА, робочі колеса і спрямовуючі апарати для насосів звичайного виконання з чавуну або нержавіючої сталі, для насосів підвищеної зносостійкості – із пластику.

Конструкція насосів у зносостійкому виконанні вирізняється наявністю додаткових радіальних гумових опор, установлюваних між секціями спрямовуючих апаратів.

Заглибний електродвигун (рисунок 1.13.5) являє собою трифазний асинхронний короткозамкнений двигун, внутрішня порожнина якого заповнена маслом. Він складається з корпусу 12, в середині якого розміщені статор і ротор, вал 11 котрого встановлений на підшипниках, причому в головці розміщений упорний підшипник, що складається з п'яти 3 та підп'ятника 4. Статор збирають з окремих магнітних 8 і немагнітних 9 секцій. Ротор складається з пакета роторних жестей 10. У немагнітних секціях розташовані радіальні підшипники ковзання 7. Обмотка статора і мідні стрижні «білячої клітки» покладені в спеціальні пази. Виводи обмотки статора з'єднуються з колодкою кабельного введення 5, що розташовується в голівці 2.

Рисунок 1.13.5 – Заглибний електричний двигун УЕВН

Для циркуляції масла в середині електродвигуна на валу встановлена турбіна 6. При її обертанні масло рухається між ротором і статором, у спеціальних отворах набору статора, проходить через фільтр 13, розташований у нижній частині вала. При цьому масло змащує підшипники і відводить тепло від джерела нагрівання до корпусу, який у свою чергу охолоджується пластовою рідиною. Для заповнення двигуна використовують масло з малою в'язкістю, доброю змащувальною здатністю і високою пробивною напругою (не менше ніж 40 кВ).

Верхня частина корпусу електродвигуна з'єднується з протектором фланцевим з'єднанням, вал електродвигуна за допомогою шліцевої муфти з'єднується з валом протектора.

Протектор служить для гідравлічного захисту електродвигуна від пластової рідини і забезпечує компенсацію зміни обсягу масла при зміні його температури. Він установлюється між електродвигуном і насосом.

Конструкцію протектора розглянемо на прикладі гідрозахисту типу Г (рис. 1.13.6). До складу розглядуваного вузла входять: протектор І, компенсатор масляний ІІІ, який розташований нижче від електродвигуна II. До складу протектора також уходить розділова камера з еластичною діафрагмою 4, вал із торцевими ущільненнями 1 і 3 й опорна п'ята 2.

Протектор працює в такий спосіб: у внутрішній порожнині А знаходиться масло малої в'язкості, наприклад трансформаторне, котрим заповнений електродвигун. Ця порожнина через електродвигун повідомляється з масляним компенсатором. Гнучкий елемент передає тиск навколишнього середовища в порожнину Б.

Рисунок 1.13.6 – Протектор гідрозахисту (тип Г)

У міру витрати масла об’єм компенсатора зменшується. При збільшенні обсягу масла в результаті нагрівання об’єм компенсатора збільшується.

У порожнині В знаходиться мастило для змащення двосторонньої п'яти – упорного підшипника, що сприймає осьове навантаження від вала насоса. Вище і нижче від п'яти розташовуються торцеві ущільнення: нижнє – герметизує внутрішню порожнину В, з'єднану з електродвигуном, а верхнє – служить для запобігання витікання масла, що змащує опорний підшипник.

Кабельна лінія забезпечує підведення електроенергії до заглибного двигуна. Він складається з основного кабелю круглого перерізу, з'єднаного з ним плоского кабелю і муфти кабельного введення. Кабель круглого перерізу розташовується вздовж колони НКТ від станції керування до заглибного агрегату. Трохи вище від нього він з'єднаний із плоским кабелем, що проходить уздовж агрегату і з'єднується із уведенням електродвигуна за допомогою муфти.

а)     б)

Рисунок 1.13.7 – Типи кабелів живлення УЕВН:

а – круглий; б – плоский

Використання кабелю з різною формою зумовлено необхідністю зменшення радіальних габаритів заглибного агрегату і минаючого повз нього кабелю.

Найменш надійними зонами кабельної лінії є місця зрощення круглого кабелю з плоским і з'єднання муфти кабельного введення з двигуном. У низці випадків для підвищення надійності лінії кабель по всій довжині колони виконують плоским.

Круглий чи плоский кабелі складаються з трьох мідних однодротових чи багатопровідних жил із двошаровою ізоляцією з поліетилену високої щільності (рис. 1.13.7). Зовні жили вкриті подушкою – загальним шаром нафтостійкої ізоляції, назовні від якої розташовується броня зі сталевої оцинкованої стрічки.

У деяких конструкціях кабелю, крім силових, маються ще три чи більше жил для підключення геофізичних приладів чи контролю режиму роботи насосного агрегату.

Станція керування служить для вмикання і вимикання агрегату, контролю режиму його роботи. Незалежно від конструктивних особливостей станція керування повинна забезпечувати:

– уключення і відключення установки, роботу в ручному й автоматичному режимах;

– керування установкою з диспетчерського пункту, можливість керування установкою відповідно до команд програмного реле часу;

– самозапуск електродвигуна з регульованою затримкою ввімкнення після знеструмлення лінії;

– відключення з появою струмів короткого замикання в силовому ланцюзі установки та при відхиленні напруги чи сили струму від номіналу більше від заданої величини;

– безупинний контроль опору ізоляції кабелю з відключенням установки при зменшенні нижче від заданої величини;

– вимкнення установки при порушенні герметичності нафтопромислового колектора.

Трансформатор системи електропостачання призначений для підвищення сіткової напруги струму до необхідної робочої напруги електродвигуна.

Живлення підземного електричного двигуна підвищеною напругою зумовлене необхідністю зменшення втрат у кабелі за рахунок зменшеної сили струму, поліпшення умов запуску і технічних показників двигуна.

Оскільки величина втрат напруги залежить від довжини кабелю (залежно від глибини підвішування агрегату в свердловині) і змінюється у великих межах, то трансформатор повинен забезпечувати регулювання напруги на виході в широкому діапазоні, для чого в підвищувальній обмотці трансформатора передбачено від п'яти до п'ятнадцяти відводів (відпайок). Трансформатор виконується з масляним охолодженням, містить у собі магнітопровід, обмотки високої й низької напруги бак з радіатором та кришки з введеннями і розширником.

Устаткування устя свердловини для експлуатації УЕВН забезпечує утримання у висячому положенні колони НКТ разом з агрегатом і кабелем, відвід у маніфольд продукції свердловини, герметизацію простору між обсадною колоною та НКТ, перепуск газу з міжтрубного простору в маніфольд, установлення приладів для дослідження свердловини.

Гирлове устаткування включає трубну головку (встановлювану на обсадній колоні), в якій розміщені рознімний корпус й ущільнення, які герметизують кабель і НКТ. Для випускання газу з позатрубного простору передбачене коліно, що з'єднує міжтрубний простір через зворотний клапан із маніфольдом. Трубна голівка оснащена отвором для приєднання приладів, використовуваних при дослідженні свердловини.