5.5. Эксплуатация скважин электровинтовыми насосами

Электровинтовые насосы (ЭВН) впервые разработаны в СССР. Принципиальная схема установки ЭВН во многом аналогична установке ЭЦН. Основные отличительные особенности – это использование винтового насоса и тихоходного (число оборотов в минуту менее 1500) погружного электродвигателя.

Рабочим органом насоса являются однозаходный винт (геликоидальный ротор) и резинометаллическая двухзаходная обойма. Шаг обоймы в два раза больше, чем шаг винта. Винт изготавливается из легированной стали или из титанового сплава. Для защиты от коррозии и повышения износостойкости рабочая поверхность винта покрыта слоем хрома.

При вращении винта вокруг своей оси его ось совершает сложное планетарное движение в обратном направлении. Любое поперечное сечение винта есть круг. Расстояние, на которое центр поперечного сечения винта отстоит от его оси, называется эксцентриситетом.

Имеющееся между винтом и обоймой пространство ограничивается контактной уплотняющей линией так, что всасывающая полость отделена от нагнетательной полости как в неподвижном состоянии, так и в любой момент вращения винта в обойме. За один оборот винта замкнутые полости, имеющие винтообразную форму, перемещаются с заключенной в них жидкостью на один шаг обоймы в осевом направлении в сторону нагнетания. При этом сумма заполненных жидкостью выходных площадей поперечного сечения винта с обоймой остается постоянной и поток жидкости всегда непрерывен и пропорционален частоте вращения винта.

По принципу действия винтовые насосы относятся к объемным, а по способу сообщения энергии жидкости – к ротационным.

Жидкость перекачивается практически без пульсации, не создавая стойкой эмульсии из нефти с водой.

141

Теоретическая суточная производительность насоса может быть описана формулой:

Q т е о р

 1 4 4 0

 d в

 L в о

 L о

 n ,

(5.6)

где 1440 – количество минут в сутках; d_в – диаметр сечения винта, м;

L_во – максимальное расстояние между поверхностью винта и поверхностью обоймы в любом сечении, м:

L в о

 4

 e ;

e – эксцентриситет;

L_о – шаг винтовой поверхности;

n – число оборотов винта в минуту. Фактическая подача установки запишется

Q	ф а к т		в	 Q	т е о р

формулой:

,

(5.7)

(5.8)

где _в – коэффициент подачи установки ЭВН.

Коэффициент подачи установки ЭВН учитывает утечки через линию соприкосновения гребня спирали винта с внутренней поверхностью обоймы и утечки в колонне НКТ, вредное влияние газа на работу насоса, усадку откачиваемой жидкости.

Конструкция скважинного винтового насоса с погружным электродвигателем предусматривает использование двух уравновешенных винтов с правым и левым направлением спирали (рис. 5.28). Подача такой установки равна сумме подач двух рабочих пар, а напор равен напору каждой рабочей пары.

Осевые усилия от винтов приложены к эксцентриковой соединительной муфте, расположенной между ними, и взаимно компенсируются. Привод винтов осуществляется от расположенного в нижней части электродвигателя через протектор, эксцентриковую пусковую муфту и вал. Эксцентриковые муфты обеспечивают необходимое вращение винтов. Пусковая муфта осуществляет пуск насоса при максимальном крутящем моменте двигателя, отключает насос при аварийном выходе его из строя, предотвращает движение винта в противоположную сторону при обесточивании двигателя или неправильном подключении кабеля.

Прием жидкости из скважины ведется через две фильтровые приемные сетки, расположенные вверху верхнего и внизу нижнего винтов. Жидкость выходит через пространство между винтами, а дальше – по кольцу между корпусом обоймы верхнего винта и кожухом насоса к многофункциональному предохранительному клапану поршеньково-золотникового типа. Обойдя по сверлению предохранительный клапан, жидкость проходит в шламовую трубу и попадает в НКТ.

142

Рис. 5.28. Схема скважинного винтового насоса:

1 – обойма верхнего насоса; 2 – рабочий винт верхнего насоса; 3 – эксцентриковая соединительная муфта; 4 – рабочий винт нижнего насоса; 5 – обойма нижнего насоса

143

Предохранительный клапан пропускает жидкость в НКТ при спуске насоса в скважину и из НКТ при подъеме, а также перепускает жидкость из НКТ в затрубное пространство при остановках насоса, недостаточном притоке из пласта, содержании в жидкости большого количества газа, повышении устьевого давления выше регламентированного значения (объемный насос не может работать при закрытом выкиде). Шламовая труба представляет собой заглушенный сверху патрубок с боковыми отверстиями. Они предохраняют насос от попадания в него механических твердых частиц с поверхности и из откачиваемой жидкости при остановках. Шлам собирается между внутренней поверхностью НКТ и наружной поверхностью шламовой трубы. Подбор насосов аналогичен подбору ЭЦН.

Для добычи нефти разработаны следующие установки с погружным электродвигателем УЭВНТ5А-16-1200, УЭВНТ5А-25-1000, УЭВНТ5А-100-1000 и УЭВНТ5А-200-900 с номинальной подачей по воде от 16 до 200 м³/сут и номинальным напором от 1200 до 900 метров водяного столба (Т – тихоходный).

Показатели применимости установок по перекачиваемым средам:

• нефть или нефть с водой с содержанием механических примесей – не более 0,6 г/л;

• объемная доля пластовой воды – не более 99 %;

• объемная доля свободного газа на приеме насоса – не более 50 %;

• содержание сероводорода – не более 0,01 г/л;

• кинематическая вязкость жидкости – не более 0,0006 м²/с;

• максимальная температура жидкости в месте установки насоса, в зависимости от изготовления – от 30 до 70⁰С.

Одно из направлений модернизации установок ЭВН – расположение привода на поверхности. Крутящий момент винту в этом случае передается посредством вращающейся колонны штанг. В этом случае имеются широкие возможности по регулированию числа оборотов винта.