2.2.2 Установки электроприводных винтовых насосов (уэвн)

Более половины запасов нефти в России относится к трудноизвлекаемым, значительную долю которых составляют высоковязкие нефти (30 сП и более). Кроме того, увеличился удельный вес месторождений с низкими дебитами скважин.

Винтовые насосы являются одним из наиболее эффективных средств механизированной добычи высоковязкой нефти, извлекаемой в сложных условиях эксплуатации.

Назначение и область применения

Для мало- и среднедебитных скважин от 12 до 200 м³/сут, с высоковязкой продукцией (вязкость жидкости до 0,1 Па*с) обводненностью до 99 %, содержанием газа до 50%, мех.примесей до 0,8 г/л, с температурой до 70 ⁰С.

При подачах Q=16 м³/сут и Q=200 м³/сут к.п.д. соответственно для отечественных насосов 48, 3 % и 65,7%, мощность 4,5 и 31 кВт, габариты: диаметр – 103 мм, длина 3488 и 4646 мм, масса 105 и 160 кг

Состав УЭВН.

Установки электроприводных винтовых насосных установок включают наземное оборудование и подземное. Наземное оборудование аналогично УЭЦН. Подземное оборудование состоит собственно из скважинного винтового насоса и скважинного электропривода.

Отечественные заводы-изготовители: ОАО «Ливгидромаш»; зарубежные фирмы: Чехия – «Sigma Olomouc»; США – «Robbins and myers»; «REDA PUMP COMP»; Канада – «Husky Oil Ltd».

Устройство ЭВН отечественного производства

Разработаны конструкции винтовых насосов – с одним винтом (ЭВНТ) и двумя винтами.

Преимуществом сдвоенной схемы является удвоенная подача и компенсация возникающих при работе насоса осевых сил.

В сдвоенной конструкции винты устанавливаются параллельно (по схеме работы) с противоположной нарезкой навстречу друг другу. Соединяются между собой с помощью эксцентриковой муфты. С погружным электродвигателем соединение происходит также через эксцентриковую муфту, пусковую муфту и протектор (гидрозащита двублочная типа Г5).

Вход жидкости - с противоположных сторон винтовых пар через приемные сетки. Выход – общий - от камеры между винтами вдоль верхней обоймы через проходные каналы и предохранительный клапан в верхней части насоса в НКТ.

Винт насоса – однозоходный. Поперечное сечение – круг, центр которого смещен относительно оси на определенный эксцентриситет е. При повороте винта на 360⁰ осевое перемещение его составляет величину t, равное шагу нарезки винта.

Может быть изготовлен из стали (на подачу 16 и 25 м³/сут), легированной хромом, или из титанового сплава (легче в 1,7 раз; на подачу 100 и 200 м³/сут).

Обойма насоса – полый цилиндр с двухзаходной винтовой нарезкой шагом Т=2t. Является несущей конструкцией, корпус которой выполняет функции корпуса всего агрегата. Изготавливается из горячекатаных легированных стальных труб покрытых изнутри эластомером. Эластомер – обычно синтетический каучук

Теоретическая подача насоса составляет:

,

где F – площадь прямоугольника со сторонами 4е и d;

d – диаметр винта.

Действительная подача …

Рекомендуемый допустимый перепад между соседними камерами – 45-50 м. Давление нарастает по длине обоймы. Максимальное давление, при котором насос не будет иметь достаточного ресурса – 250 ат.

Длина обоймы L связана с напором насоса Н, шагом винта и перепадом напора между соседними камерами следующей зависимостью:

.

Эксцентриковая муфта обеспечивает возможность планетарного вращения винтов в обоймах.

Пусковая ведущая муфта с кулачками и ведомая полумафта, надетая на вал насоса, обеспечивает включение насоса при максимальном крутящем моменте двигателя, соответствующем частоте вращения 800-1100 об/мин.

Включение муфты при максимальном крутящем моменте вызвано тем, что винтовой насос имеет большую инерцию покоя и, чтобы запустить его, необходим повышенный пусковой момент.

П

Рисунок 2.4. – Схема погружного одновинтового насоса: 1 – НКТ; 2 – предохранительный клапан; 3,9 – фильтр; 4 – левая обойма; 5 – левый винт; 6,10 – шарнирная муфта; 7,8 – правая обойма; 11 – вал; 12 – центробежная кулачковая муфта

редохранительный клапан – поршеньково-золотниковый - обеспечивает защиту насоса от перегрузки в случае повышенного давления,; слив-залив колонны труб при СПО; перепуск жидкости из напорной линии обратно в скважину при понижении дебита или при содержании большого количества газа; предотвращения обратного потока откачиваемой жидкости из труб при остановке насоса.

Длина сдвоенного ВН с двигателем 8-14м. Мощность 5,5-32 кВт.

УЭВН спускаются на НКТ. На поверхности устанавливаются комплектное устройство, трансформатор, энергия подается по кабелю.

Основные разновидности скважинных электроприводных винтовых насосов (ЭВН).

- по диаметру скважин – выпускаются только группы 5.

- по рабочим параметрам насосы типа ЭВН5 подразделяются на марки (разработан ряд насосов на подачу 12, 16, 25, 63, 100. 200 м³/сут и напор 1500…900 м). Например, марки ЭВН5 16-1200; ЭВН5 200-900.

- По температурному режиму различают группы насосов - А (до +30⁰С), Б (30…50⁰С); В (50…70⁰С); Г ( +70⁰С).

- По вязкости жидкости (тип Д – для сверхвязких - 1·10^-3м²/с)

- По типу двигателя и числу оборотов винта:

- с ПЭД и ГЗ взаимозаменяемыми с УЭЦН (частота оборотов винта - 2950 в мин.)

- тихоходные (ЭВНТ) с частотой оборотов 1450 - невзаимозаменяемый с ПЭД УЭЦН, используется в УЭДН5

- редукторные ЭВНР с невзаимозаменяемым ПЭД

- По числу винтов: одновинтовые и двухвинтовые

Шифр установки УЭВНТ5-150-900-А – установка электропирводного винтового насоса тихоходного группы по диаметру 5, с подачей 150 м³/сут, напором 900 м, группы по температуре А.

Основные достоинства и недостатки УЭВН

Достоинства УЭВН:

- перекачка высоковязкой продукции (при повышении вязкости до 200 сП параметры насосов остаются неизменными),

- меньшая чувствительность к свободному газу (до 50% свободного газа на приеме не вызывает снижения его характеристик),

- более износостойки при добыче нефти с мехпримесями (до 400 мг/л),

- не создает пульсации потока перекачиваемой жидкости и малое перемешивание перекачиваемой жидкости;

- отсутствие клапанов и сложных проходов упрощает конструкцию и снижает гидравлические потери,

- просты в изготовлении и эксплуатации,

- более высокая надежность из-за большей простоты конструкции,

- можно использовать в искривленных и наклонно-направленных скважинах.

Недостатки УЭВН:

- низкая термостойкость ограничивает применение

- повышенный гидроабразивный винтовой пары, которому способствует высокая частота вращения винта (1500 мин^-1);

- в условиях высокой вязкости на выкиде насоса создается повышенное давление, способствующее возникновению больших нагрузок в узлах и деталях, что приводит к интенсивному износу резины обоймы, увеличению зазора в рабочей паре и соответствующему ухудшению характеристики насоса;

- невозможность регулирования рабочих параметров насоса в соответствии с изменением характеристики скважины.

- невысокая надежность погружных электродвигателей и токоведущих устройств;

По этой причине разработаны конструкции УЭВН с поверхностным приводом и передачами, позволяющим регулировать режим работы насоса изменением частоты вращения вала.