книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти
..pdfПеред каждым пуском, а также после автоматических отклю чений станция самотестируется; если обнаруживаются неисп равности в электродвигателе или преобразователе станции, вы дается запрет на включение электропривода и сигнал аварии в телеметрию.
СУС «Омь-3К» является модифицированной станцией управ ления «Омь» со встроенным контролером ШГН.
Встроенный контролер придал станции ряд новых и полез ных функций, таких как:
•диагностика всех механизмов станка-качалки (по ваттметрограмме);
•возможность прецизионной балансировки станка по ак тивной мощности двигателя;
•оценка дебита скважины;
•передача измеренных данных о работе станка в интерфей се RS-485;
•возможность построения автоматической системы нефтедо бычи путем поддержания оптимального динамического уровня;
•возможность построения автоматизированной системы учета нефтедобычи по НГДУ, объединению и т.д.
В станции управления СУС «Омь-1» реализованы рекоменда ции ряда нефтедобывающих предприятий создать простой, деше вый, предельно надежный, модульного типа вариант станции.
Кроме вандалоустойчивого корпуса, в схему станции входят автомат, пускатель и блок управления, выполненный в виде ма логабаритного легкосъемного (на ножевом разъеме) модуля.
За счет использования самых современных электроэлементов схема блока управления минимизирована и предельно надежна (расчетная надежность — один отказ за 12 лет эксплуатации). Но и в случае отказа ремонт станции осуществляется путем бы строй замены модуля на резервный.
Несмотря на предельную простоту и низкую цену, станция обеспечивает все основные функции по защите, автозапуску
Иэксплуатации электропривода. Станция управления двухсКоростным асинхронным электродвигателем типа СУДЦ-1для
сТанков'Качалсйс предназначена для плавного безударного пуска и переключения скоростей двухскоростного асинхронного электродвигателя привода штангового глубинного насоса стан- ка-качаЛКИ нефти и регулирования средней скорости откачки
ж идкости . М аксим альная м ощ ность п риводного двигателя
составляет 30 кВт.
Переключение скоростей производится по заданной циклог рамме, варьирующей соотнош ение времени работы на разных скоростях. Это позволяет получить лю бое усредненное значение скорости откачки жидкости, определяемое диапазоном-, находя щимся между низшей и высшей скоростями вращения электро
двигателя.
Коммутация обмоток при переключении скоростей электро двигателя производится в бестоковую паузу с последующ им ог раничением и плавным нарастанием тока, что обеспечивает ща дящий режим эксплуатации и длительный ресурс работы обору
дования.
Станция управления имеет следующ ие защиты: время-токо- вую защиту; максимально-токовую защиту; от неполнофазного режима; от недопустимого снижения сопротивления изоляции; от затяжного пуска; от недопустимого повышения давления на
устье скважины.
Станция управления СУДЦ-2 кроме перечисленных характе ристик может дополнительно оснащаться: дистанционным пуль том управления; интерфейсом RS 485 для передачи информа ции в АСУ верхнего уровня и управления станцией с верхнего уровня; интерфейсом для подключения внешних датчиков( дат чик уровня жидкости; датчик давления; датчик нагрузки на шток; датчик температуры и вибрации электродвигателя; индикатор крена; датчик срыва шатуна); блоком автоматического, с исполь зованием датчика обратной связи, выбора и регулирования сред ней скорости в функции поддержания заданного значения тех нологического параметра (уровня давления на приеме насоса).
Станция управления СУС Триол 01 (разработана Корпора цией «Триол») предназначена для управления асинхронным элек тродвигателем с короткозамкнутым ротором привода станка-ка чалки; для защиты электродвигателя и технологического обору дования станка-качалки в аварийных режимах; для изменения параметров автоматического регулирования, получения и пере дачи текущей информации состояния станка-качалки при по мощи средств телекоммуникации. Питающая сеть — 3x380 В, + 10%, -15%, 50(60) Гц ± 2% с заземленной либо изолирован ной нейтралью. Диапазон мощностей управляемых двигателей
5,5-8-37 кВт. Ток перегрузки — 150 % в течении 60 секунд. Коэф фициент мощности (сети) — не менее 0,95.
Кратковременное допустимое отклонение напряжения пита ющей сети, при котором станция сохраняет работоспособное состояние -40%. Сопротивление изоляции гальванически не свя занных цепей и относительно корпуса не менее 20 МОм. Рабо чая температура от -60 °С до +40°С.
Функциональные возможности включение и отключение элек тродвигателя в ручном (пуск/стоп) и автоматическом (по тайме ру) режимах; плавный пуск двигателя; плавное, бесступенчатое управление частотой вращения асинхронного электродвигателя станка-качалки мощностью от 3 до 37 кВт в пределах от 0 до номинального значения (1500 об/мин); возможность задания не линейных скоростей подъема, опускания штока станка-качалки в пределах одного цикла качаний, вплоть до переключения на ре верс; ручное управление и работа по программе с заданием вре мени работы и паузы по таймеру (00 час 00 мин — 99 час 59 мин); измерение и индикация основных параметров электродвигателя (ток, напряжение, частота); защита электродвигателя станка — качалки от токовой перегрузки, недогрузки, недопустимого от клонения напряжения питающей сети от номинального с после дующим программируемым автоматическим перезапуском после окончания действия аварии; построение динамограмм расчетным и экспериментальным способами; индикация и запись в журнал причины аварийного останова электродвигателя; определение производительности скважинной установки; оценка динамики изменения дебита скважины; часовой (последние 24 часа) и су точный (последние 30 суток) архивы дебита; контроль баланси ровки станка-качалки с помощью встроенного амперметра.
Конструктивно СУС Триол 01 выполнен в виде навесного шкафа одностороннего обслуживания со степенью защиты IP54. Размещение элементов внутри шкафа — модульное. Составляю щие силового и управляющего блоков устанавливаются в от дельной секции шкафа СУС изолированной от секции, где уста навливается электропривод Триол АТ, блок фильтров БФ-1. Охлаждение СУС Триол 01 воздушное принудительное — за счет встроенного вентилятора. Забор воздуха осуществляется из внеш ней среды. Для вентиляции электропривода Триол АТ конст руктивно выделяется герметизированный воздушный канал внут
ри шкафа с изолированными внешними воздухозабором и воздуховыводом. Конструкция СУС Триол 01 предусматривает повы шенную степень защиты от несанкционированного доступа внутрь шкафа — вандалоустойчивость. Доступ внутрь СУС Триол 01 в полевых условиях не предусмотрен.
2.3. УСТАНОВКИ ШТАНГОВЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ
Еще одним видом штанговых насосных установок для добычи нефти являются винтовые штанговые насосные уста новки (ВШНУ) с поверхностным приводом. Их история начина ется в 50-е годы XX века от выпускавшихся в СССР установок винтовых артезианских насосов типа ВАН для откачки воды из неглубоких (до 100 м) скважин с приводом через собранный из штанг трансмиссионный вал, вращающийся в радиальных рези нометаллических опорах внутри напорного трубопровода.
ВШНУ для отбора пластовых жидкостей из глубоких нефтя ных скважин появились на нефтепромысловом рынке в начале 80-х годов в США и во Франции. В настоящее время создано большое количество типоразмеров ВШНУ с диапазоном подач от 0,5 до 1000 м3/сут и давлением от 6 до 30 МПа.
Причиной достаточно широкого применения ВШНУ служат их технико-экономические преимущества по сравнению с дру гими механизированными способами добычи нефти:
по сравнению с СШНУ:
•простота конструкции и малая масса привода;
•отсутствие необходимости в возведении фундаментов под привод установки;
•простота транспортировки, монтажа и обслуживания;
•широкий диапазон физико-химических свойств откачивае мых пластовых жидкостей (возможность откачки жидкостей высокой вязкости и повышенного газосодержания);
•уравновешенность привода, постоянство нагрузок, действу ющих на штанги, равномерность потока жидкости, снижение энергозатрат и мощности приводного двигателя, минимальное эмульгирующее воздействие на откачиваемую жидкость;
•отсутствие клапанов в скважинном насосе;
по сравнению с УЭВН:
•простота конструкции насоса (отсутствуют шарнирные со единения, пусковые муфты, радиальные и осевые подшипники);
•наземное расположение приводного электродвигателя, что приводит к снижению его стоимости и к отсутствию дорогосто ящих гидрозащиты и длинного бронированного кабеля.
Рациональной областью применения ВШНУявляются вертикаль ные скважины или скважины с малыми темпами набора кри визны с пластовыми жидкостями высокой вязкости, с повышен ным содержанием газа и механических примесей. Чаще всего ВШНУ применяются для дебитов от 3 до 50—100 м3/сутки с напором до 1000—1500 м, однако, как уже отмечалось, некото рые типоразмеры ВШНУ могут иметь гораздо большие добыч ные возможности.
2.3.1.СОСТАВ УСТАНОВКИ
И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ
ВШНУ (рис. 2.128) включат в свой состав назем ное и скважинное оборудование.
Наземное оборудование ВШНУ устанавливается на трубной головке скважины И предназначено для преобразования энер гии приводного Двигателя в механическую энергию вращающейся
колонны штанг.
Наземное оборудование состоит из:
—тройника Для отвода пластовой жидкости;
—приводной головки;
—рамы для крепления приводного двигателя;
трансмиссии;
приводного двигателя с устройством управления;
— устройства для зажима (подвески) полированного штока. Приводная головка предназначена для передачи крутящего
момента колонне штанг, восприятия осевых нагрузок от веса шТаНг и гидравлической силы в рабочих органах насоса, уплот нения устья скЯажиНЫ. Конструктивно приводная головка вы полнена на базе корпуса, устанавливаемого на тройник-отвод посредством фланцевого или резьбового соединения. Внутри корпуса, заполненного маслом, на подшипниках качения рас п ол зается Приходной вал, связанный с ведомым шкивом сило-
Рис. 2.128. Установка винтового штангового насоса
1 — приводная головка; 2 — приводная головка; 3 — превентор; 4 — трубная головка; 5 — полированный шток; 6 — штанга; 7 — центра тор; 8 — ротор; 9 — статор, 10— палец; 11 — электродвигатель
вой передачи. В качестве упорного подшипника, воспринимаю щего осевую нагрузку, используются конический или сферичес кий роликовые подшипники. Для уплотнения вращающегося приводного вала или полированного штока служит одинарное или сдвоенное сальниковое устройство с использованием уп лотнительных колец или мягкой набивки.
Для предотвращения обратного вращения колонны штанг после остановки приводного двигателя приводная головка осна щается тормозным устройством механического или гидравли ческого типа. Это устройство необходимо для восприятия мо мента кручения от колонны насосных штанг и не допускает от ворота резьб штанг и обратного вращения, как самой колонны штанг, так и элементов приводной головки и трансмиссии.
Вотдельных компоновках ВШНУ для удобства обслужива ния установки под приводной головкой устанавливается допол нительный сальник или плашечный превентор. Первый служит для замены основного сальника без остановки насоса, что осо бенно актуально в зимних условиях эксплуатации ВШНУ, вто рой — для герметизации устья скважины при ремонте поверхно стного оборудования.
Вряде моделей ВШНУ зарубежных фирм приводная головка
снабжается ограничителем крутящего момента.
Рама под приводной двигатель при использовании клиноре менной силовой передачи оснащается устройством натяжения ремней.
Зажим полированного штока, как правило, осуществляется двумя полухомутами, внутренняя цилиндрическая поверхность которых закрепляется со штоком с помощью четырех или шести болтов, а наружная профилированная поверхность (например, прямоугольная) вставляется в ступицу приводного вала.
Скважинное оборудование ВШНУ состоит из колонны НКТ, в нижней части которой устанавливается статор насоса и враща ющейся в центраторах колонны штанг, нижний конец которой
соединен с ротором насоса.
Компоновка низа колонны НКТ в зависимости от условий эксплуатации скважины может включать следующие элементы: фильтр; газовый и песочный сепараторы; динамический якорь (анкер); центратор или фонарь статора; обратный и циркуляци онный клапаны; упорный палец насоса.
Динамический якорь, устанавливаемый ниже статора, фик сирует НКТ относительно эксплуатационной колонны в ради
альном направлении, допуская при этом их вертикальное пере мещение Включение в скважинное оборудование ВШНУ якоря
обусловлено тем, что при правом (по часовой стрелке) враще нии штанговой колонны реактивный момент, возникающий на корпусе статора насоса, работает на отворот резьб статора и НКТ.
Якорь выполняется на базе фрикционного механизма, приводя щего в действие плашки при возникновении крутящего м омен та. Якорь целесообразно использовать при больших крутящих моментах, обусловленных диаметром винта или давлением наcoca. При отсутствии якоря при монтаже ВШНУ необходимо
обеспечить требуемые моменты крепления резьбовых соедине
ний НКТ.
Упорный палец в насосе служит для правильной подгонки длины колонны штанг при монтаже винтового насоса.
Штанговые неврашающиеся центраторы, выполняющие ф ун кцию промежуточных радиальных опор, могут быть представле ны в двух конструктивных исполнениях:
— неразборные, размещенные непосредственно на полнораз мерной или укороченной штанге по специальной технологии в заводских условиях;
— разборные, устанавливаемые между муфтами стандартных штанг.
Наиболее рационально применять штанговые центраторы, обеспечивающие их неподвижность относительно колонны НКТ, что приводит к снижению расхода электроэнергии и износа НКТ. Центраторы выполняются из пластмасс или композитных мате риалов, работоспособных в различных средах и температурных условиях.
Несколько нижних штанг, расположенных в непосредствен ной близости к эксцентрично вращающемуся ротору, центрато рами не оснащаются.
Надежность работы ВШНУ во многом зависит от точности осевой подгонки ротора в статор, определяемой по разгрузке веса колонны штанг при помощи индикатора веса на подъем ном агрегате или по вращению колонны штанг при перемеще нии ротора в статоре. Для осевой подгонки ротора в компонов ку колонны штанг, также как и в СШНУ, включаются укоро
ченные штанги длиной от 1 до 3 м. Точная подгонка, как и в СШНУ, обеспечивается за счет захвата полированного штока (в ВШНУ имеющего название полированного или приводного вала) специальными полухомутами в любом месте поверхности.
При работе установки ВШН поднимаемая пластовая жидкость движется в кольцевом зазоре между колоннами НКТ и штанг и далее через боковой отвод тройника поступает в промысловый коллектор.
В ВШНУ наибольшее распространение получили НКТ и на сосные штанги диаметром соответственно 73 и 22 мм. В уста новках используются стандартные полированные штоки диамет ром 31 и 36 мм.
2.3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВШНУ
В зарубежной и отечественной практике известно большое количество схем и типоразмеров ВШНУ, которые можно классифицировать следующим образом:
— по типу привода различают установки с электроприводом, объемным гидроприводом, приводом от ДВС и газового двига теля. Наиболее широкое применение получили ВШНУ с асинх ронным электроприводом переменного тока с номинальной ча стотой вращения 1000 об/мин. Мощность электродвигателя в зависимости от подачи и давления насоса изменяется от 3 до 100 кВт и выше;
—по кинематической схеме привода различают ВШНУ с одно-
идвуступенчатой трансмиссией.
Простейшая схема ВШНУ, исключающая силовую трансмис сию, в которой двигатель напрямую соединяется с валом при водной головки, на практике не используется, поскольку требу ет применения тихоходных двигателей, что неэффективно.
Одноступенчатая схема трансмиссии может быть реализова на на базе ременной, цепной или зубчатой (цилиндрической или конической, встроенной в опорный корпус приводной головки, которая в этом случае выполняет также функцию редуктора) передачи.
Двуступенчатая схема (первая ступень — ременная, вторая ступень — зубчатая передача) обеспечивает возможность исполь зования быстроходных приводных двигателей с пониженными
массогабаритными показателями, а также снижение передаточ ного отношения первой ступени, что позволяет осуществлять широкое регулирование частоты вращения штанг путем смены
шкивов ременной передачи.
В отдельных случаях для упрощения трансмиссии в качестве приводного электродвигателя целесообразно использовать мо
тор-редуктор.
Наибольш ее распространение получили схемы приводов с
одноступенчатой ременной трансмиссией;
_fiQ типу ременной передачи различают приводы с клиноре
менными и зубчатыми ремнями.
Наиболее часто в ВШНУ применяются обычные многоряд ные клиноременные передачи. В некоторых конструкциях ис пользуются поликлиновые и зубчатые ремни. Последние обес печивают передачу высоких крутящих моментов без скольже ния, не требуют предварительного натяжения и периодической подтяжки, отличаются компактностью и высоким КПД.
Передаточное отношение клиноременной передачи обычно не превышает 5, поэтому при использовании одноступенчатой трансмиссии с номинальной частотой вращения электродвига теля 1000 об/мин минимально возможная частота вращения штанг составляет 200 об/мин, что не всегда соответствует требованиям эксплуатации;
—по конструкции вала приводной головки существуют ком поновки с цельным и полым валом.
Компоновка с цельным валом, не требующая использования полированного штока, сложна при регулировке осевого положе ния ротора насоса относительно статора во время монтажа ко лонны штанг. В этой связи приводной вал, как правило, выпол няется полым, что позволяет пропускать внутри него полиро ванный шток и регулировать положение последнего в осевом направлении;
—по расположению приводного двигателя встречаются компо новки с вертикальным и горизонтальным расположением оси двигателя.
Вертикальная компоновка двигателя характерна для односту пенчатых ременных трансмиссий, горизонтальная (когда ось приводного двигателя располагается перпендикулярно оси сква жины) — для приводов с зубчатой конической передачей;