Установкиэлектродиафрагменныхнасосов

Преимущества, схема установки.

Конструкция и принцип действия погружного электродиафрагменного насосного агрегата.

Основные технические характеристики установок.

Причины отказов при эксплуатации.

Опытпримененияустановокпогружных электродиафрагменных насосов типа УЭДН5 на промыслах России показывает, что их основными технико-экономическими преимуществами являются:

1) высокий КПД электронасоса - от 34 до 40 % в зависимости от типоразмера;

2) незначительный износ его основных узлов, герметично изолированных от перекачиваемой среды и работающих в чистом масле;

3) простота монтажа на устье скважины, куда электронасос поступает моноблоком;

4) сокращение в 2-3 раза общей металлоемкости и установочной мощности при обустройстве скважин (3 кВт/ч);

5) возможность применения НКТ малого диаметра;

6) сокращение эксплуатационных расходов на обслуживание в связи с отсутствием на поверхности привода;

7) эффективность применения в скважинах с очень низкими дебитами, так как обеспечивается непрерывная работа взамен периодической эксплуатации, отрицательно влияющей на нефтеотдачу пласта;

8) эффективность использования в скважинах с кривыми или наклонно направленными стволами.

Схема УЭДН (рис.) похожа на монтажную схему установок погружных электронасосов.

Погружной электродиафрагменный насос 1 опускают в скважину на НКТ (ГОСТ 638-80) с условным диаметром 42; 48 и 60 мм. Для увеличения рабочего объема кольцевой шламовой камеры у шламовых труб 3 и 4 первая труба над электронасосом должна иметь диаметр 60 мм. Между первой и второй трубами устанавливается сливной клапан 5. Кабельная линия 6, по которой подводится электроэнергия к насосу 1, по мере спуска крепится к трубам поясами 2, а на поверхности - соединяется с комплектным устройством 11 или разъединительной коробкой системы электрооборудования, обеспечивающей предупреждение попадания попутного нефтяного газа по кабелю в комплектное устройство.

На поверхности располагается устьевое оборудование 7, конструкция которого выбирается потребителем установки в зависимости от условий эксплуатации.

Устьевое оборудование специальным отводом соединяется с наземным трубопроводом.

Электроконтактный манометр 9 соединяется с трубкой 8 манометра с отводом, а сигнальным проводом 10 - с комплектным устройством 11.

Для предупреждения обратного движения откачиваемой жидкости из наземного трубопровода в НКТ отвод должен быть снабжен обратным клапаном.

Рисунок Установка погружного

электродиафрагменного насоса

Для привода ЭДН применен погружной асинхронный четырехполюсный электродвигатель, выполненный в виде отдельного блока (рис.). В цилиндрическом стальном корпусе размещен статор 9, обмоткой которого служит эмалированный теплостойкий провод марки ПЭТ. Выводные провода 21 обмотки статора снабжены втулками 22 для соединения со штекерами токовводов. Вал 6 шихтованного короткозамкнутого ротора 8 вращается в четырех металлофторопластовых радиальных подшипниках скольжения 11. Осевые нагрузки воспринимаются упорным подшипником скольжения, состоящим из стальной пяты 4 и бронзового подпятника 5. В нижней части электродвигателя установлена резиновая диафрагма 14, внешняя камера которой через отверстие 18 в дне 17 сообщается со скважинной средой.

Внутренняя камера 15 через канал 12, выполненный по всей длине вала, сообщается с полостью насоса. С помощью диафрагмы происходит выравнивание давления внутри и вне насоса, а также компенсируется изменение объема масла.

Рисунок Погружной электродвигатель ПЭД2,5-117/4В5:

1 - крышка; 2 - шлицевый конец вала; 3 - шпилька; 4 - пята; 5 - подпятник;

6 - вал; 7 - обмотка статора; 8 - ротор; 9 - статор; 10 - корпус; 11 – подшип-ник скольжения; 12 - канал;

13 – пробка; 14 - диафрагма;

15 - внутренняя камера; 16 - внешняя камера; 17 - дно; 18 - отверстия;

19 - уплотнения; 20-болты; 21 - выводные провода; 22 - втулки

Электродвигатели ПЭД2,5-117/4В5 имеют следующую техническую характеристику: Мощность, кВт................................................................................2,5

Напряжение, В................................................................................350

Сила тока, А....................................................................................7,9

Частота переменного тока, Гц.......................................................50

Частота вращения вала, мин^-1 ......................................................1500

КПД, % ............................................................................................75

Коэффициент мощности................................................................0,7

Температура окружающей среды, °С, не более...........................90

Габаритные размеры, мм:

наружный диаметр........................................................................ 117

длина................................................................................................1370

Погружной электродиафрагменный насос (рис. ) снабжается эластичной диафрагмой,совершающей колебательные движения и создающей за счет этого эффект всасывания и нагнетания. Отличительной конструктивной особенностью ЭДН является изоляция его исполнительных органов от перекачиваемой среды. Это должно обеспечить более длительную работу узлов и деталей насоса в скважине.

Диафрагма взаимодействует с плунжером, перемещающимся возвратно-поступательно под действием эксцентрикового привода. Последний включает в себя эксцентрик, вращающийся в подшипниках, и редуктор, ведущая шестерня которого посажена на вал электродвигателя. Движение диафрагмы вниз вызывает срабатывание всасывающего клапана, через который скважинная жидкость поступает в диафрагменную полость. Движение вверх приводит к выталкиванию жидкости через нагнетательный клапан в насосно-компрессорные трубы.

Модернизированные установки типа УЭДН5 с 1993 г. выпускаются ИЭМЗ по ТУ 3665-007-00220440-93. По этим ТУ при максимальной массовой концентрации твердых частиц в перекачиваемой среде 0,05 % (0,5 г/л) средняя наработка на отказ составляет не менее 8000 ч (335 сут). Технические характеристики установок приведены в таблице

Таблица

Модель насоса	Подача, м3/сут.	Давление, МПа (кгс/м2)	Мощность не более, кВт	Диаметр, мм	Длина, мм	Масса, кг
ЭДН5-4-1600		16 (160)
ЭДН5-6,3-1500	6,3	15 (150)
ЭДН5-8-1300		13 (130)
ЭДН5-10-1200		12 (120)
ЭДН5-12,5-900	12,5	9 (90)
ЭДН5-16-750		7,5 (75)
ЭДН5-20-600		6 (60)

Характеристикидобываемойжидкости:

- вязкость до 300 ССТ;

- содержание парафина до 6%;

- температуру от 5 до 90°С;

- содержание пластовой воды в любой пропорции;

- содержание механических примесей до 2г/л.

Наиболее слабым узлом современных УЭДН является электродвигатель: в среднем до 70% подъемов насосов происходит из-за отказа привода. При этом основной причиной отказа является пробой обмотки статора ПЭД из-за слабой межвитковой изоляции провода. На сопротивление изоляции влияет попадающий в двигатель газ, диффундирующий через диафрагму.

Так, опыт применения установок показывает, что наиболее частыми причинами остановок являются:

- электропробой обмотки статора;

- засорение насоса мехпримесями;

- заклинивание редуктора;

- снижение подачи из-за низкого динамического уровня.Причиной этого являются газы, содержащиеся в добываемой нефти. Резина диафрагмы и компенсатора газопроницаемы. Газ, проникший в полость насоса при давлении, большем Р_нас, находится в масле насоса в растворенном состоянии. Когда с началом работы насоса столб жидкости над приемом насоса снижается и давление в полости насоса становится меньше Р_нас, растворенный в масле газ переходит в свободное состояние и, подымаясь, собирается в поддиафрагменной нагнетательной полости, а всякий газ, находящийся в нагнетательной полости и никуда оттуда не вытесняемый, то сжимаясь, то расширяясь, снижает эффективность работы насоса.

В 2007 году появилось техническое решение этой проблемы. Суть изобретения заключается в том, что насос содержит клапан стравливания свободных нефтяных газов из полости, заполненной маслом, установленный в диафрагме.

Так, скважинный диафрагменный электронасос (рис. ) состоит из асинхронного электродвигателя 1, конического редуктора 2, эксцентрика 3, плунжерной пары 4 с возвратной пружиной 5, тяги 6, клапана стравливания газа 7 с подпорной пружиной 8, клапанов всасывающего 9 и нагнетательного 10. Насос выполнен в виде вертикального моноблока, заполнен маслом. От перекачиваемой среды маслонаполненная полость изолирована в верхней части насоса разделительной резиновой диафрагмой 11, в нижней части - резиновым компенсатором. Вращение вала электродвигателя 1, уменьшая обороты конической передачей 2, передает вращение эксцентрику 3. Прижатый к эксцентрику возвратной пружиной 5 плунжер 4 совершает возвратно-поступательные движения, нагнетая и откачивая масло в нижней полости от разделительной диафрагмы 11. При движении плунжера 4 вниз и откачивании масла в нижней полости диафрагмы 11 в верхней полости над диафрагмой создается разряжение, открывается всасывающий клапан 9 и верхняя полость заполняется перекачиваемой жидкостью. При движении плунжера 4 вверх нагнетается масло в нижнюю полость диафрагмы 11.

Рисунок Скважинный диафрагменный насос

Создаваемым давлением закрывается всасывающий клапан 9, открывается нагнетательный клапан 10 и перекачиваемая жидкость выдавливается в колонну подъемных труб. При появлении под диафрагмой (в рабочей нагнетательной полости) свободных газов газы, то сжимаясь, то разжимаясь, не дают диафрагме возвращаться в нижнее нормальное положение, а плунжер 4 возвратной пружиной 5 всегда возвращается в свое нижнее положение, т.е. расстояние от нижнего положения диафрагмы 11 до нижнего положения плунжера 4 увеличивается от нормы и плунжер 4, тягой 6 поджимая подпорную пружину 8, открывает клапан стравливания газа 7. Свободный газ из нижней полости вырывается в верхнюю полость, а оттуда через нагнетательный клапан 10 в колонну подъемных труб. Эффективность работы насоса восстанавливается. Изобретение позволит достигнуть планируемых режимов добычи нефти из малодебитных скважин диафрагменными электронасосами.