книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

же возможность спуска ЭЦН в наклонные скважины. Эта воз­ можность появляется при размещении кабеля внутри гибкой трубы, что защищает кабель от механических повреждений.

Рис. 1.157. Установка ЭЦН, спускаемая в скважину на наматываемых (гибких) трубах:

1 — крепление кабеля; 2 — гибкая труба; 3 — кабель; 4 — подсоединение гибких труб; 5 — двигатель; 6 — протектор; 7 — насос; 8 — входной модуль

1.7. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕТАЛЕЙ УСТАНОВОК ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Выбор конструкции и высококачественных кон­ струкционных материалов для изготовления узлов и деталей ус­ тановок погружных центробежных насосов определяется высо­ кими требованиями к надежности этого вида оборудования. От­ казы УЭЦН приводят к большим потерям объемов добываемой нефти, а также к большим затратам на проведение текущих или капитальных подземных ремонтов скважин. Например, стоимость текущего подземного ремонта скважины, оборудованной УЭЦН, в зависимости от региона добычи нефти, колеблется в пределах от 30 до 100 тысяч рублей, затраты на проведение капитального ПРС могут превышать миллион рублей. При использовании вы­ сокодебитных центробежных насосов стоимость добываемой в сутки нефти может составлять более 2 млн. рублей, соответственно и финансовые потери при простое такой установки составляют такую же сумму.

Материалы для изготовления основных деталей насосов при­ ведены в табл. 1.71 [3].

Срок службы насосов и межремонтный период их работы определяется конструкцией насосов и коррозионно- и абразивостойкостью их деталей, в основном рабочих органов.

В зависимости от требуемой коррозионной стойкости для изготовления рабочих органов применяются материалы различ­ ного химического состава (табл. 1.72) [3].

Цериево-бористый чугун СЧОЗЦ01Б применяется в основ­ ном для насосов обычного исполнения.

Цериево-бористый чугун отличается от обычного серого чу­ гуна весьма мелкой микроструктурой и повышенными эксплуа­ тационными свойствами. Одним из отрицательных технологи­ ческих свойств цериево-бористого чугуна является его склон­ ность к отбелу в тонких частях отливки.

Чугун аустенитный модифицированный с большим содержа­ нием никеля и меди применяется в износостойких и коррозион­ ностойких насосах.

Литейные свойства цериево-бористого чугуна и аустенитного коррозионностойкого чугуна значительно отличаются: коррози­ онностойкий чугун обладает повышенными усадочными свой­ ствами и имеет высокую температуру заливки.

Аустенитный коррозионностойкий чугун склонен к мартен­ ситному превращению, сопровождающемуся увеличением объе­ ма отливки при низких температурах. Поэтому весьма важным свойством аустенитного коррозионностойкого чугуна является «ростоустойчивость» при температурах минус 55—60 °С.

Рост зерна и нестабильную твердость отливки можно устра­ нить строгим соблюдением химического состава шихтовых ма­ териалов и технологического регламента литья.

Конструкция ступеней насосов создает определенные техно­ логические сложности в их производстве из-за малых диамет­ ральных габаритов деталей, узких гидравлических каналов, тон­ ких профилей лопаток, а также высоких требований к шерохо­ ватости поверхностей.

Традиционная технология изготовления ступеней российскими производителями — литье, причем, гидравлические каналы вы­ полняются в песчаных стержнях.

Впогружных насосах используются две принципиально раз­ личные конструкции рабочих органов: с цилиндрическими и с наклонно-цилиндрическими формами лопаток.

Врабочих органах с цилиндрическими лопатками образую­ щие цилиндрических лопаток параллельны оси детали, что по­ зволяет при изготовлении литейных стержней извлекать все ло­ патки стержневого ящика, формирующего стержень, одним дви­ жением, параллельным основной оси отливки. Значительно слож­ нее изготовление литейного стержня рабочих органов с наклон­

но-цилиндрическими лопатками, так как образующие таких ло­ паток не параллельны оси насоса. Лопатки стержневого ящика, формирующего стержень, извлекаются из него под определен­ ным углом к основной оси. Для обеспечения движения лопаток стержневого ящика механическим способом требуется весьма сложная конструкция стержневой оснастки.

Литейные стержни рабочих органов с цилиндрическими ло­ патками формуются в настоящее время на пескострельных по­ луавтоматах по «горячим ящикам», т.е. с использованием термо­ реактивных смол в качестве крепителя [3].

Стержни рабочих органов с наклонно-цилиндрическими ло­ патками формуются из сырых стержневых смесей на пескострельных машинах с ручной разборкой стержневых ящиков и с последующей тепловой сушкой стержней.

Качество отливок значительно зависит от стабильности тех­ нологических процессов: качества песка, крепителей, смол, плот­ ности набивки стержней, форм и прочности стержней.

Требования к качеству отливок рабочих органов установлены ТУ-26-06-4111-001-88 и ТУ 26-06-1305-95, в которых оговарива­ ются требования к отливкам по точности, шероховатости, рако­ винам, спаям, недоливам и т.д.

Отклонение по ширине в меридиональном сечении рабочих каналов свыше плюс 0,3, минус 0,2 мм, наличие дефектов, уве­ личивающих гидравлическое сопротивление каналов — шерохо­ ватости, приливов, раковин и т.д., сверх разрешаемых ТУ, при­ водит к снижению параметров ступени и насоса по напору и КПД ниже допустимых.

Шероховатость отливок находится в пределах Rz 40...80 мкм по ГОСТ 2789-83.

Этот интервал характерен для отливок рабочих органов, из­ готавливаемых как российскими предприятиями, так и фирма­ ми США, Китая и Европы. Более низкую (RzlO) шерохова­ тость позволяет получить альтернативная традиционному ли­ тью технология получения заготовок методом порошковой ме­ таллургии, разработанным АО «Новомет», которая предусмат­ ривает:

—приготовление шихты требуемого химического состава;

—изготовление прессовок фрагментов (разный химический состав фрагментов позволяет придать им после спекания требу­ емый комплекс физико-химических свойств);

—сборка фрагментов в детали;

—спекание деталей с одновременным соединением прессо­ вок-фрагментов в единые заготовки по оригинальной запатен­ тованной технологии;

—механическая обработка заготовок;

—пропитка готовых изделий составами, затрудняющими солеотложение и повышающими коррозионную стойкость.

Порошковая технология изготовления ступеней позволяет существенно повысить КПД насосов (рис. 1.158) [3, 4].

Рис. 1.158. Характеристики ступеней насосов ЭЦНМ, изготовленных по порошковой технологии:

—СН5-50 — серийная ступень;

—СНВ5-50 — новая, высоконапорная ступень

Порошковая технология позволила АО «Новомет» произво­ дить к насосам высоконапорные ступени новой, запатентован­ ной конструкции, которые развивают повышенный по сравне­ нию с серийными ступенями напор на режимах малых и боль­ ших подач. Форма напорной характеристики высоконапорной ступени удовлетворяет эксплуатационным требованиям освоения скважин после ремонта, хотя при этом КПД высоконапорных ступеней по сравнению с аналогичными ступенями, изготовлен­ ными по порошковой же технологии, несколько снижается.

Высокие гидравлические характеристики насосов обеспечи­ вает материал райтон, который фирма REDA использует наряду с нирезистом для изготовления рабочих органов насосов низкой и средней производительности [3].

Райтон — полифенилиновая сульфидная смола (полисульфон), созданная фирмой «Philips Petroleum Со» (США) для из­ готовления деталей и покрытий. Материал характеризуется от­ личной химической сопротивляемостью и способностью не те­ рять своих свойств при температурах до 232 °С. Райтон исполь­

зуется для изготовления рабочих колес насосов. В шифрах таких насосов опущена буква «N», обозначающая нирезист, напри­ мер, насос D1400.

Рабочие колеса из райтона превосходят по коррозионной, абразивной и высокотемпературной стойкости рабочие колеса из нирезиста из-за низкой теплостойкости шайбы из фенольно­ го ламината, применяемой в металлических колесах.

Рабочие колеса и направляющие аппараты ЭЦН фирмы EST изготавливаются литьем из сплава Туре 1 Niresist (ASTM Ф436).

Корпуса изготавливаются из низкоуглеродистой стали (С 1035 или эквивалентной).

Материалом модуль-головки является низкоуглеродистая сталь (С 1026 или эквивалентная).

Валы изготавливаются из высокопрочной нержавеющей ста­ ли (Nitronic 50 или эквивалентной). Концы валов имеют шлицы в соответствии SAE. Материалом муфты валов является высоко­ прочная нержавеющая сталь или сплав К-500 Monel.

Болты для соединения секций насоса изготавливаются из стали А151 3140, 4037 или 5137. Имеются также болты из сплава К-500 Monel.

Все кольцевые уплотнения отливаются из высоконасыщен­ ного нитрила, используемого также в погружных электродвига­ телях.

Сетка входного модуля изготавливается из нержавеющей стали. Для снижения отложений солей и парафинов применяются эпоксидные и тефлоновые покрытия. Толщина эпоксидного покрытия — 0,1—0,2 мм, тефлонового — 0,025—1,8 мм. Напы­ ление твердого покрытия (вольфрам, карбид хрома) повышает

абразивостойкость ступени.

Особенности конструкции насосов, характеризующиеся боль­ шим соотношением длины к диаметру и высокими нагрузками на корпуса и валы, обуславливают высокие требования к точно­ сти их изготовления и прочностным характеристикам (табл. 1.73, 1.74) [3].

Для условий работы в активнокоррозионной среде фирма REDA выпускает насосы с корпусными деталями (модуль на­ соса, входной модуль, головка) из сплава Redalloy (редаллой), представляющего собой ферритную сталь, содержащую 0,008% углерода.