Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений

Допущены

к проведению занятий в 2016-2017 уч.году

Заведующий кафедрой профессор

М..К.Рогачев «30» сентября 2016 г.

УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

для проведения лабораторных занятий по учебной дисциплине «СКВАЖИНННАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ И ГАЗА»

Специальность (направление подготовки): 21.03.01.«Нефтегазовое дело»

Cпециализация (профиль): Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти

Разработали:

Ассистент Тананыхин Д.С.

Доцент Мардашов Д.В.

Ассистент Купавых К.С.

Обсуждены и одобрены на заседании кафедры

Протокол № 1 от 30 августа 2016 г.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2016

1. ЭЦН (электроцентробежный насос)

Краткие теоретические сведения

Насосами называются гидравлические машины, предназначенные для создания напорного потока жидкой среды (напор – это энергетический показатель). Этот поток создается в результате силового воздействия на жидкость в проточной полости или рабочей камере насоса.

По характеру силового воздействия на жидкость различают насосыдинамические и объемные.

В динамическом насосе силовое воздействие на жидкость осуществляется в проточной полости, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса.

В объемном насосе силовое воздействие на жидкость происходит в рабочей камере, периодически изменяющей свой объем и попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

Динамические насосы не обладают свойством герметичности. При неподвижном рабочем колесе, которое устанавливают в проточной полости (то есть при неработающем насосе), жидкость практически беспрепятственно может перетекать со входа на выход и наоборот, с выхода на вход. Из-за негерметичности динамические насосы не способны развивать высокие давления. Но в связи с тем, что проточная полость у этих насосов постоянно сообщена со входом и выходом и жидкость подается непрерывным потоком, динамические насосы имеют (по сравнению с объемными) более высокие подачи. Также из-за негерметичности динамические насосы (если они не снабжены специальными устройствами) не обладают свойством самовсасывания. Это значит, что если насос установлен выше уровня жидкости в баке, из которого она засасывается, то в начальный момент, когда всасывающий трубопровод и насос заполнены воздухом, насос не способен создать разрежение, достаточное для подъема жидкости, и начать работу. В связи с этим перед включением динамический насос необходимо заливать жидкостью и удалять из него воздух.

Объемные насосы обладают свойствами герметичности, самовсасывания, способны создавать высокие давления. Говорят, что если вытеснитель в рабочей камере имеет идеальное уплотнение, то такой насос способен создавать сколь угодно высокое давление. Но в связи с тем, что объемный насос постоянно работает в режиме переключения камер (каждая камера периодически подключается то к всасыванию, то к выходу насоса), он имеет по сравнению с динамическим насосом невысокую подачу.

Таким образом, динамические насосы способны обеспечивать высокие подачи при относительно невысоких давлениях. Объемные насосы, наоборот, обеспечивают высокие давления при относительно невысоких подачах.

Объемные насосы наибольшее применение находят в машиностроительных гидроприводах. При решении задач водоснабжения и водоотведения с целью механизации рабочих операций применяются чаще всего динамические насосы. Механизация рабочих операций создает предпосылки для последующей автоматизации управления этими процессами. При этом насос является важнейшей частью объекта регулирования, так как вносит существенный вклад в формирование характеристик объекта. Поэтому при автоматизации управления процессами водоснабжения и водоотведения актуальной является задача определения характеристик насоса.

К динамическим насосам относятся лопастные насосы, электромагнитные и насосы трения.

Лопастные насосы бывают двух типов: центробежные и осевые.

К насосам трения относятся вихревые, шнековые, дисковые, струйные насосы и др.

В области водоснабжения и водоотведения чаще всего используются центробежные насосы.

В центробежном насосе жидкость под действием центробежных сил перемещается через рабочее колесо от центра к периферии. Жидкость, отбрасываемая лопатками колеса, поступает в спиральный отвод и далее в напорный трубопровод. Спиральный отвод предназначен не только для улавливания жидкости, выходящей из рабочего колеса, но и для частичного преобразования ее кинетической энергии в потенциальную энергию давления.

Центробежные насосы классифицируют по следующим основным признакам:

1) по направлению оси расположения, вращения или движения рабочих органов: горизонтальный, вертикальный;

2) по расположению рабочих органов и конструкций опор: консольный, моноблочный, с выносными опорами, с внутренними опорами;

3) по расположению входа в насос: с боковым входом, с осевым входом, двустороннего входа;

4) по числу ступеней и потоков: одноступенчатый, двухступенчатый, многоступенчатый, однопоточный, двухпоточный, многопоточный.

Рабочие органы насоса рассчитывают для определенного сочетания подачи, напора и частоты вращения, причем размеры и форму проточной полости выбирают так, чтобы гидравлические потери при работе на этом режиме были минимальными. Такое сочетание подачи, напора и частоты вращения называется расчетным режимом. При эксплуатации насос может работать на режимах, отличных от расчетного. Так, приоткрывая задвижку, установленную на напорном трубопроводе насоса, уменьшают подачу. При этом также изменяется напор, развиваемый насосом. Для правильной эксплуатации насоса необходимо знать, как изменяются напор, КПД и мощность, потребляемая насосом, при изменении его подачи, т.е. знать характеристику насоса.

Описание лабораторного стенда для снятия характеристик динамических насосов

Назначение и принципиальная схема работы стенда

Универсальный лабораторный стенд «Функциональный тренажер насосной станции» предназначен для:

· Снятия характеристики динамического насоса (ДН) при различных частотах вращения.

Лабораторный стенд (рис. 1) включает в себя: динамический насос, резервуар, комплект гидравлической арматуры и труб, систему управления насосами, сбора и визуализации гидравлических параметров жидкости. В качестве рабочей жидкости в стенде используется чистая холодная вода. Резервуар H1 предназначен для обеспечения системы необходимым количеством рабочей жидкости. Резервуар выполнен из оргстекла и зафиксирован на профильной плите. Гидравлическая система представляет собой совокупность отсечных кранов с ручным управлением, тройников, поворотов и обратных клапанов, соединённых между собой быстроразъёмными соединениями.

Рисунок1.1 – Принципиальная гидравлическая схема лабораторного стенда:
H1- бак, P1 - динамический (центробежный) насос,
V1-V5,- отсечные клапаны с ручным управлением,V6 - обратные клапаны,
Z1, Z2 - аналоговые датчики давления,
Z3 - аналоговые датчики расхода

Система управления и визуализации включает в себя персональный компьютер, специализированное программное обеспечение, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), датчики расхода и давления жидкости, преобразователи сигналов. Система управления лабораторным стендом установлена на специальной консоли, зафиксированной в правом мобильном основании стенда.

Рисунок1.2 – Общий вид панели управления лабораторного стенда:
Q1, Q2 – индикаторы работы установки; VCF01 – тумблер включения/выключения установки

Подготовка лабораторного стенда к работе

1. Включение питания стенда осуществляется с помощью ключа на консоли управления. При этом должны загореться индикаторы на датчиках и лампа Start на консоли управления.

2. Подключение компьютера.

Для обработки результатов экспериментов, снятия характеристик и визуализации лабораторной работы, стенд оснащается персональным компьютером на базе процессора Pentium 4 и так же программой визуализации и обработки данных LabVIEW 8.5.

Лабораторный стенд соединяется с компьютером через USB-порт, кабель от АЦП подключается к USB-порту компьютера.

3. Запуск программного обеспечения.

После загрузки компьютера необходимо запустить файл:, «FTNS». Указанный файл находятся на рабочем столе компьютера (рис. 3)

Рисунок1.3 – Рабочий стол компьютера.