Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

..pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
26.25 Mб
Скачать

Перед 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;