книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

— по способу регулирования скорости приводного вала ВШНУ различают приводы с регулируемым приводным двигателем (элек­ трическим или гидравлическим) и с регулируемым передаточ­ ным отношением трансмиссии, осуществляемым сменой шки­ вов ременной или введением в кинематическую схему механи­ ческого вариатора передачи.

Наиболее перспективно использование установок с частотно­ регулируемым электроприводом переменного тока, обеспечива­ ющим полный диапазон регулирования скорости (от 0 до 100%) и возможность поддержания оптимального в заданных условиях режима работы системы пласт—насос—привод. Другая функция регулируемого электропривода — плавный пуск и останов уста­ новки, что повышает надежность ее эксплуатации. Станция уп­ равления регулируемым электроприводом включает систему кон­ троля и регистрации, что позволяет отслеживать режим работы привода и вносить необходимые управляющие воздействия;

—по кинематическому отношению рабочих органов винтового насоса различают насосы с однозаходным ротором (с кинемати­ ческим отношением 1:2) и многозаходными рабочими органами (с кинематическим отношение 2:3; 3:4; 4:5 и т.д.).

Выбор кинематического отношения рабочих органов насоса обусловливается требуемыми эксплуатационными параметрами (диаметр, расход, давление, частота вращения) и технологичес­ кими возможностями производителей винтовых пар (см. ниже);

—по схеме закрепления статора различают трубный (статор закрепляется на резьбе на конце колонны НКТ) и вставной (ста­ тор спускается на штангах в сборе с ротором и крепится в НКТ

спомощью специального замка) винтовые насосы.

Области применения и эффективность схемы вставного на­ соса, позволяющая производить замену рабочих органов насоса (при их износе или в случае перехода на новых режим откачки) без подъема колонны НКТ подробно рассмотрена в разделе 2.2.11.

Настоящей книги; _ по схеме закрепления низа НКТ относительно обсадной ко­

лонны различает компоновки со свободным и заякоренным

Низом;

— по кинематической схеме насоса возможна реализация двух Вариантов: с вращающимся внутренним элементом (винтом) и с Вращающимся наружным элементом (обоймой).

Типовая схем а с вращ аю щ им ся винтом - н аи более простая и эк он ом и чн ая как в конструктивном плане, так и при м онтаж е и эксплуатации — наш ла повсем естн ое п ри м ен ен и е в зарубеж ной

и отечественной практике.

Схема с вращающейся обоймой, в которой поток пластовой жидкости поднимается по внутреннему каналу вращающихся полых штанг или труб, предложена с целью предотвращения отложения парафина на НКТ и снижения гидравлических по­ терь на трение за счет создания водяного кольца на стенках по­ лых штанг. Такая схема является более сложной, требует ис­ пользования полых штанг увеличенного диаметра и устьевого вертлюга для отвода жидкости из скважины и не нашла промышленного применения.

2.3.3. СКВАЖИННЫЙ ШТАНГОВЫЙ

ВИНТОВОЙ НАСОС

Скважинный винтовой насос является основным элементом ВШНУ. От правильного выбора геометрических па­ раметров рабочих органов насоса и материалов пары в значи­ тельной степени зависят эффективность использования и на­ дежность ВШНУ.

Рабочим органом одновинтового насоса является винтовой героторный механизм — зубчатая косозубая пара внутреннего циклоидального зацепления, состоящая из Zj-заходного метал­ лического ротора (винта) и Z,-заходного статора (обоймы с эла­ стичной обкладкой), между винтовыми поверхностями которых образуются рабочие камеры.

Ротор ВГМ, обкатываясь по зубьям статора, совершает пла­ нетарное движение: при повороте ротора на угол <р относитель­ но неподвижной системы координат (абсолютное движение) его ось поворачивается по круговой траектории с радиусом е в противоположном направлении (переносное движение) на угол

<Р„ = Ф- Отличительным параметром ВГМ, во многом определяющим

его характеристики, является кинематическое отношение рабо­

где S — площадь живого сечения рабочих органов насоса: S = 4 е d — для насосов с однозаходным ротором;

S ~ ne( DK— Зе) — для многозаходных роторов;

е — эксцентриситет зацепления; d — диаметр сечения ротора. Крутящий момент насоса (в нижнем сечении колонны штанг)

где т|гн — гидромеханический КПД насоса.

Характеристики насоса, представляющие собой зависимос­ ти подачи, крутящего момента, мощности (N= 2 л п М) и КПД

(г) = г|0 n j от давления при заданной частоте вращения, зависят от:

1)геометрических параметров рабочих органов (/, е, Т, к, 8);

2)физических свойств жидкости (плотности, вязкости, газосодержания и т.д.);

3)физических свойств эластомера обкладки статора.

Возможный диапазон изменения частоты вращения штанго­ вых насосов:

—для насосов с однозаходным ротором — 50—600 об/мин;

—для МВН — 50—300 об/мин.

В качестве материала ротора в большинстве случаев исполь­ зуется сталь (20X13 или 40X13). Наружная винтовая поверхность ротора, нарезаемая по методу обкатки циклоидальной рейки, подвергается поверхностному упрочнению или хромируется (тол­ щина слоя 0,1—0,2 мм) с последующим полированием.

Одним из резервов повышения долговечности рабочих орга­ нов является обоснованный выбор эластомеров обкладки стато­ ра для заданных условий эксплуатации насоса. Зарубежные фир­ мы предлагают потребителю широкую гамму эластомеров в за­ висимости от характеристик пластовых жидкостей (содержания

песка, H2S, С 02, ароматических веществ), температуры и требу­ емых напоров.

При выборе натяга в паре необходимо учитывать вязкость и температуру откачиваемой жидкости на приеме насоса. Так, на-

где х — число контактных линий, отделяющих вход и выход

рабочих органов: X = (к - 1) Z, + 1.

Зарубежные фирмы выпускают винтовые штанговые насо­ сы (табл. 2.47) с подачами от 0,5 до 1000 м2/сут и давлениями до 30 МПа. Широкий диапазон подач осуществляется за счет

изменения диаметра рабочих органов и шагов их винтовых по­ верхностей. В зависимости от требуемого давления выпускаются модификации насосов с различной длиной рабочих органов (от 0,5 до 15 м). В шифре насоса указывается наружный диаметр статора (как правило, совпадающий с одним из размеров НКТ),

подача и давление насоса при номинальной частоте вращения. Кроме того, в шифре есть сведения о конструкции насоса.

Например, фирма Netzsch выпускает насосы с шифром NTZ 278-650ST10, NTZ 350-120DT33, NTZ 350I20DiT33 в кото­ рых первые три буквы обозначают фирму-изготовитель, 278 — условный диаметр колонны НКТ (2 7/ йдюйма — 73 мм), цифры после тире — напор насоса в метрах водяного столба, ST — однозаходный винт, DT — многозаходный винт, DIT — многозаходный винтовой вставной насос, цифры после обозначения типа насоса обозначают теоретическую подачу насоса при частоте вра­ щения винта, равной 100 об/мин.

Отечественными разработчиками создано несколько парамет­ рических рядов МВН (Q = 1— 100 м3/сут), в основу которых по­ ложено варьирование диаметральными размерами рабочих ор­ ганов и их кинематическим отношением при сохранении опти­ мальной (нормализованной) плоской и пространственной гео­ метрии [67]:

—серии МВН в диаметральном габарите 42—89 мм, спроек­ тированной ВНИИБТ и РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина;

—серии НВП в габарите 90—106 мм Пермского филиала ВНИ­ ИБТ. Длина рабочих органов не превышает 2 м. КПД МВН на­ ходится в пределах 40—60%; объемный КПД — 70—85%.

Рабочие органы МВН производятся ПФ ВНИИБТ НПО «Бу­ ровая техника» и Павловским машиностроительным заводом.

Фирмы «Ливгидромаш» и ПКНМ освоили производство вин­ товых штанговых насосов с однозаходным винтом с подачами

от 1 до 50 м3/сут.

2.3.4. ПРИВОД СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ

Как указывалось выше, привод винтовых штан­ говых насосов может иметь разное исполнение. Наиболее часто используется механический привод с одноступенчатой клиноре­ менной трансмиссией (рис. 2.130, в). Такой привод имеет мини­ мальную стоимость и массу, а для изменение частоты вращения колонны штанг (для изменения величины подачи винтового на­ соса) необходимо провести замену шкивов клиноременной пе­ редачи.

Рис. 2.130. Схемы приводов винтового штангового насоса:

а — с планетарной трансмиссией, б — с зубчатой трансмиссией,

в— с клиноременной трансмиссией;

1— электродвигатель; 2 — планетарный редуктор; 3 — муфтовое соединение вала привода и полированного штока; 4 — корпус уп­ лотнения полированного штока

Представленные на рис. 2.130 а и б схемы приводов с зубча­ тыми редукторами имеют меньшее распространение из-за необ­ ходимости соединения тихоходного вала редуктора с полиро­ ванным штоком, что приводит к сложности подгонки длины колонны штанг. Кроме того, изменение частоты вращения при­ вода возможно только за счет изменения скорости вращения вала электродвигателя.

Конструктивная схема привода с клиноременной трансмис­ сией и вертикальным расположением вала приводного электро­ двигателя показана на рис. 2.131.

На рис. 2.131 приведена конструктивная схема привода с двух­ ступенчатой трансмиссией (клиноременная передача + коничес­ кая зубчатая передача) и горизонтальным расположением элек-