Меню Рубрики

Установка винтового насоса для добычи нефти

Винтовых насосов для добычи нефти

Установки электроприводных

Как уже было сказано ранее, более половины запасов нефти в России относится к трудноизвлекаемым, причем значительную долю составляют высоковязкие нефти (30 сП и более). Кроме того, увеличился удельный вес месторождений с низкими дебитами скважин.

При эксплуатации этих месторождений использование традиционных технических средств механизированной добычи нефти (штанговые скважинные насосы, центробежные бесштанговые насосы, газлифт) малоэффективно.

Многолетний опыт эксплуатации насосов с погружными электродвигателями показал, что винтовые насосы являются одним из наиболее эффективных средств механизированной добычи высоковязких нефтей. В России такие насосы серийно выпускает ОАО «Ливгидромаш».

Высокая эффективность применения электропогружных винтовых насосов (ЭВН) подтверждена при эксплуатации месторождений с вязкой нефтью, таких как Нурлатское («Татнефть») и Усинское («Коминефть»).

Как показывает промысловый опыт, установки ЭВН следует внедрять преимущественно в таких районах, где эксплуатация другого оборудования малоэффективна или совсем невозможна. Это в основном относится к месторождениям со сложными условиями эксплуатации, такими, например, как с вязкой нефтью, с большим содержанием газа при высоком давлении насыщения, с низким коэффициентом продуктивности и др.

Принята следующая структура условного обозначения установок (рис. 7.5.):

Главное преимущество погружных винтовых насосов по сравнению с погружными центробежными состоит в том, что с повышением вязкости до определенных пределов (200 сП) параметры насоса остаются практически неизменными, в то время как параметры центробежного насоса с увеличением вязкости резко снижаются. А при вязкости более 200 сП эксплуатация погружных центробежных насосов становится невозможной.

Следует отметить, что одним из осложняющих факторов добычи нефти является повышенное газосодержание пластовой жидкости. В данных условиях эффективно применять винтовые насосы, так как наличие 50 % свободного газа на приеме насоса не вызывает снижения его рабочих характеристик.

Винтовые насосы также эффективно применять в искривленных скважинах. Во-первых, угол наклона ствола скважины в месте установки винтового насоса не влияет на его рабочие параметры.

Во-вторых, установки ЭВН имеют незначительную длину, что облегчает прохождение скважинного агрегата по наклонно-направленной скважине.

Винтовые насосы приспособлены к перекачке пластовой жидкости с повышенным содержанием механических примесей (до 400 мг/л).

7.3.1. Принцип действия винтовых насосов

В объемном насосе рабочий процесс основан на вытеснении жидкости из рабочей камеры, герметично отделенной от полости всасывания и нагнетания. Насосы этого типа имеют большую жесткость характеристик при изменении параметров, возможность перекачивания небольших объемов жидкостей при высоких давлениях, а также жидкостей с широким диапазоном значений вязкости и жидкости с газовой составляющей.

Надежность и долговечность работы в заданных условиях служат одними из решающих факторов при выборе типа насоса.

Отличительная особенность одновинтового насоса как насоса роторного типа заключается в наличии развитых поверхностей трения, мест со щелевым уплотнением. Поэтому — обеспечение режима жидкостного трения между ротором и статором является необходимым и достаточным условием высокого ресурса насоса.

Рассмотрим условия работы насоса при установившемся режиме (п = const).

На обеспечение режима жидкостного трения будут влиять геометрические параметры винтовых поверхностей ротора и статора и в конечном итоге зазор между ними, свойства материалов и чистота обработки поверхностей ротора и статора, скорость перемещения ротора в статоре; свойства перекачи­ваемой среды; обеспечение теплового баланса поверхностей скольжения в пределах, допускаемых выбранными материалами. Наиболее часто используется максимально простое конструктивное и технологическое решение одновинтового насоса: ротором служит винт, а статором — обойма насоса. Винт металлический, а обойма — резинометаллическая с внутренней поверхностью из синтетического каучука или другого эластомера.

Кинематическая схема одновинтового механизма показана на рис. 7.6.

Винт в обойме совершает сложное планетарное движение. Он вращается не только вокруг своей оси О2, его ось одновременно перемещается по окружности диаметром, равным двум эксцентриситетам (2е) в обратном направлении. Это второе движение винта вызывается его качением на отрезке 2—3 и скольжением на отрезке 5—6 стенок обоймы. Неподвижное зубчатое колесо т с внутренним зацеплением и центром O1, являющимся осью обоймы, имеет диаметр D = 4е. По нему без скольжения катится колесо п диаметром d1 = 2e, которое принадлежит винту и вращается вокруг своей оси в обратном направлении. Во время вращения винта центр любого его поперечного сечения непрерывно перемещается по прямой от верхнего положения А до нижнего положения В и обратно. Это перемещение сверху вниз совершается за один оборот винта, причем точка на окружности п, перемещаясь внутри неподвижной окружности т, описывает гипоциклоиду. Если диаметр перемещающейся окружности равен половине диаметра неподвижной окружности, то гипоциклоида преобразуется в прямую линию ЛВ длиной, равной диаметру неподвижной окружности т.

На рис. 7.7 показаны восемь положений винта в обойме, сменяющих друг друга в течение одного оборота вала привода.

При качении окружности п по окружности т в направлении по часовой стрелке из положения 1 в положение 5 круг К (сечение винта) движется вниз, причем он вращается против часовой стрелки и скользит но стенке 6—5 обоймы. Прямая АВ поворачивается на определенный угол, отвечающий форме и шагу винтовой линии обоймы.

Геликоидальная поверхность винта (рис. 7.8.) образуется перемещением окружности К, вдоль оси винта О—О при условии, что центр окружности перемещается по винтовой линии М—М. отстоящей от оси О—О на величину эксцентриситета е винта.

Внутренняя поверхность обоймы образуется винтообразным движением плоскости поперечного сечения 1 — 2 — 3 — 4—5—6 (см. рис. 7.6), которая вращается вокруг оси О, обоймы и соразмерно перемещается вдоль этой оси. Полный поворот этой плоскости на 360° при равномерном перемещении ее вдоль оси обоймы составит длину шага обоймы Т= 2 t, где t — шаг винта.

Между винтом и обоймой образуются замкнутые полости (см. рис. 7.7.), которые заполняются перекачиваемой жидкостью. Сечение этих полостей имеет форму полумесяца.

Вместе с вращением винта полости или камеры, наполненные жидкостью, перемешаются вдоль оси обоймы из приемной полости в полость нагнетания, причем за каждый оборот винта жидкость в камере переместится в осевом направлении на длину шага обоймы Т.

Сечение, заполняемое жидкостью, постоянно по длине обоймы и определяется площадью прямоугольника со сторонами 4е и D или F=D, где D — диаметр винта.

При частоте вращения п оборотов теоретическая подача, насоса

где ηоб объемный КПД одновинтового насоса.

Оптимальным законом распределения давления по длине обоймы должна быть эпюра 1 в форме треугольника ОАБ (рис. 7.9), где ОБ — длина обоймы, а р — заданное давление. На практике могут быть нежелательные отклонения. Так, гипотенуза 2 треугольника ВАБ показывает, что рабочее давление р насоса распределяется не на всю длину насоса ОБ, а лишь на крайние витки ВБ. Это значит, что натяг в рабочих органах велик и эластомер будет интенсивно разрушаться.

Гипотенуза 3 треугольника А’ОБ показывает, что насос собран с зазором и не развивает заданного давления р, что также неприемлемо. Оптимален вариант, когда давление р распределяется по всей длине обоймы равномерно.

Читайте также:  Установка заднего подкрылка на ларгус

Экспериментальные кривые 4, 5, 6 и 7 (см. рис.7.9) сняты на идентичных по натягу насосах с различной длиной обоймы. Фактические данные хорошо корреспондируются с теоретической эпюрой 1 и подтверждают возможность получения пропорционального нарастания давления по длине обоймы. Учитывая, что на максимальном достигнутом давлении в 250 кгс/см 2 насос не будет иметь достаточного ресурса, на основании многолетнего опыта рекомендуется брать в расчет перепад давления между соседними камерами: Δр = 45—50 м.

Длина обоймы L связана с напором насоса Н, шагом винта и перепадом давления между соседними камерами следующей зависимостью:

(7.5)

Под натягом понимается разность между диаметром поперечного сечения винта и внутренним диаметром обоймы. Если эта разность отрицательна, имеется зазор в этой рабочей паре.

7.3.2. Рабочие органы и конструкции винтовых насосов

Все погружные установки ЭВН выполнены по одной конструктивной схеме с двумя рабочими органами, соединенными параллельно (рис. 7.10).

Преимущество такой сдвоенной схемы расположения рабочих органов заключается в том, что в данном случае при одном и том же поперечном габарите достигается удвоенная подача насоса. Другим преимуществом такой схемы является то, что здесь рабочие органы взаимно гидравлически уравновешены. Это исключает передачу значительных осевых усилий на опорные подшипники насосов или пяты электродвигателей.

Насос состоит из пусковой кулачковой муфты центробежного типа, основания с приводным валом, сетчатых фильтров, установленных на приеме насоса, рабочих органов с правыми и левыми обоймами и винтами, двух эксцентриковых шарнирных муфт, предохранительного клапана.

В основном все узлы и детали унифицированы и применяются, за некоторым исключением, во всех типоразмерах насосов. Все насосы имеют две приемные сетки, по одной для каждого рабочего органа, и общий выход, благодаря чему подача насоса равна сумме подач обоих рабочих органов, а напор насоса равен напору каждого рабочего органа.

В России установки электропогружных винтовых насосов выпускаются следующих модификаций — А, Б, В, Г.

А — для жидкости с температурой до 303 К (30 °С);

Б — для жидкости с температурой от 303 до 323 К (от 30 ° до 50 °С);

В — для жидкости с температурой от 323 до 343 К (от 50 ° до 70 °С).

Насос с подачей 16 м 3 /сутки, комплектуемый гидрозащитой 1Г51, имеет следующие обозначения: 1УЭВН5-16-1200, В.

Эксцентриковая муфтаобеспечивает возможность сложного планетарного вращения винтов в обоймах, благодаря чему жидкость проталкивается вдоль оси винта и создается необходимый напор для подъема жидкости на поверхность.

Эксцентриковая муфта насосов ЭВН5-100-1000 и ЭВН5-200-900 (рис. 7.11) отличается от муфты насоса 1ЭВН5-25-1000 тем, что в насосах с подачами 100 и 200 м 3 /сутки муфта с винтом соединяется штифтами, а в насосах с подачами 16 и 25 м 3 /сутки — соединение на резьбе.

Муфта (см. рис. 7.11) состоит из двух шарнирных узлов, соединенных резьбовым валиком 5. Вращение в муфте передается через ролики 3, расположенные в специальных гнездах поводка 2 и корпуса 1. Осевая сила воспринимается поводком и сферической шайбой 4. Резиновые манжеты 7 и пружина 6 сохраняют смазку в шарнирном узле и защищают его от механических примесей. Шарнирность узла обеспечивается сферическими опорными поверхностями поводка и шайбы и зазором между роликами и соответствующими отверстиями в корпусе и поводке.

Шламовая трубазащищает насос от механических примесей, выпадающих из колонны труб, заполненных жидкостью, при остановке насоса. Корпусные детали составляют трубчатый корпус насоса. Рабочие органы насоса — обоймы в комплекте с рабочими винтами. Внутренняя поверхность обоймы выполнена из твердой маслобензостойкой резины и имеет двухзаходную винтовую поверхность с шагом в 2 раза большим, чем шаг винта, причем направление спирали одной обоймы — левое, а другой — правое. Вследствие разных направлений спирали на обоймах и соответственно на винтах обеспечивается гидравлическая разгрузка насоса.

Для насосов с подачами 16 и 25 м 3 /сутки винты изготавливают из стали, а для насосов с подачами 100 и 200 м 3 /сутки — из титанового сплава, благодаря чему, за счет уменьшения массы винта, снижается вибрация насоса.

Пусковая ведущая муфтавместе с кулачками и ведомая полумуфта, надетая на вал насоса, обеспечивают включение насоса при максимальном крутящем моменте двигателя, соответствующем частоте вращения 800—1100 об/мин.

Включение муфты при максимальном крутящем моменте вызвано тем, что винтовой насос имеет большую инерцию покоя и, чтобы запустить его, необходим повышенный пусковой момент. Достигается это за счет выдвижения кулачков, стянутых пружиной, под действием центробежной силы, соответствующей этой частоте вращения двигателя. Зацепление кулачков и включение насоса происходит после того, как кулачки вошли в соответствующие окна в ведомой полумуфте, обеспечивающей вращение приводного вала насоса только в заданном направлении. При обратном вращении за счет скоса на кулачках муфта не включается и кулачки проскальзывают. Внутри основания насоса расположены вал с подшипниками и опорные пяты из силицированного графита.

Основание(рис. 7.12) можно использовать только в насосах, комплектуемых гидрозащитой 1Г51. В этом узле нет сальника, а смазка трущихся поверхностей осуществляется пластовой жидкостью. На приводной вал 4 надеты защитные втулки 1 из нержавеющей стали, которые вращаются в бронзовых втулках 2. Концевые неподвижные опорные пяты опираются на резиновые прокладки для равномерной передачи усилий на всю поверхность пяты.

Предохранительный поршеньково-золотниковый клапанрасположен в верхней части насоса. Клапан (рис. 7.13) состоит из корпуса золотника 3, золотника 4, поршня 5, амортизатора 2 и корпусных деталей 1 и 6. Клапан обеспечивает технологические и эксплуатационные операции по обслуживанию и монтажу насоса. Основные функции клапана: защита насоса от перегрузки в случае повышенного давления в напорной линии; обеспечение слива и залива колонны труб при спуско-подъемных операциях; перепуск жидкости из напорной линии обратно в скважину или при недостаточном притоке жидкости из пласта в скважину, или при содержании в жидкости большого количества газа; предотвращение обратного потока откачиваемой жидкости из труб через рабочие органы при остановках насоса.

На рис. 7.14 показаны три промежуточных положения клапана при эксплуатации насоса: заполнение жидкостью колонны труб и слив жидкости при спуске и подъеме установки (рис. 7.14, а), подача жидкости на поверхность при работающей установке (рис. 7.14, б) и сброс жидкости при недостаточном притоке жидкости или большом газовом факторе обратно в скважину (рис. 7.14, в).

Обойма.В стандартном одновинтовом погружном насосе типа ЭВНТобойма является несущей конструкцией, а ее корпус выполняет функции корпуса всего агрегата. Поэтому к прочности и точности изготовления металлического корпуса предъявляются повышенные требования, особенно в отношении разностенности. Обычно его изготовляют из горячекатаных легированных стальных труб. Легирование хромом нежелательно, так как ухудшает крепление эластомера, например, синтетического каучука. Для увеличения прочности крепления резины к металлу рекомендуется внутреннюю поверхность корпуса выполнять в виде неглубокой нарезки произвольного профиля, которую затем покрывают различными слоями материалов, обеспечивающих надежное (не менее 40 кгс/см 2 на отрыв) крепление резины к металлу. Обычно этот процесс производится в пресс-форме, одновременно с вулканизацией самой резиновой смеси.

Читайте также:  Установка криволинейного натяжного потолка

При конструировании и расчете профиля винтовой поверхности всегда учитываются свойства синтетического каучука данной марки. Важно обеспечить равномерность толщины слоя резины по всей длине обоймы. Необходимо учитывать и изменение геометрической формы изделия в процессе вулканизации его в пресс-форме.

Требования к эластомеру обоймы.Гарантийная наработка до отказа обоймы, непрерывно работающей в нефтяной скважине с напором 900-1500 м, должна быть не менее 1 года при сроке хранения 2 года.

Эластомер обоймы, обычно синтетический каучук, должен быть работоспособным, т.е. нефтестойким в нефтяной среде различных месторождений, причем часто требуется его работоспособность при высоких температурах жидкости — до 70—90 ºС.

Вследствие высоких требований по напору конструктивная длина обойм некоторых типоразмеров уже достигает 1500 мм и существует непрерывная тенденция к увеличению этого размера. Отсюда очень важны высокие литьевые свойства эластомера и обеспечение прочности крепления его к металлу не менее 40 кгс/см 2 . Особое внимание уделяется равномерности крепления резины по всей поверхности обоймы.

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 4645 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

УСТАНОВКИ ШТАНГОВЫХ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Еще одним видом штанговых насосных установок для добы­чи нефти являются винтовые штанговые насосные установки (ВШНУ) с поверхностным приводом. Их история начинается 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 резинометаллических опорах внутри напорного трубопровода.

ВШНУ для отбора пластовых жидкостей из глубоких нефтя­ных 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 м 3 /сут и давлением от 6 до 30 МПа.

Причиной достаточно широкого применения ВШНУ служат их технико-экономические преимущества по сравнению с дру­гими механизированными способами добычи нефти:

• простота конструкции и малая масса привода;

• отсутствие необходимости в возведении фундаментов под привод установки;

• простота транспортировки, монтажа и обслуживания;

• широкий диапазон физико-химических свойств откачивае­мых пластовых жидкостей (возможность откачки жидкостей высокой вязкости и повышенного газосодержания);

• уравновешенность привода, постоянство нагрузок, действу­ющих на штанги, равномерность потока жидкости, снижение энергозатрат и мощности приводного двигателя, минимальное эмульгирующее воздействие на откачиваемую жидкость;

• отсутствие клапанов в скважинном насосе;

• простота конструкции насоса (отсутствуют шарнирные со­единения, пусковые муфты, радиальные и осевые подшипники);

• наземное расположение приводного электродвигателя, что приводит к снижению его стоимости и к отсутствию дорогосто­ящих гидрозащиты и длинного бронированного кабеля.

Рациональной областью применения ВШНУ являются вертикаль­ные скважины или скважины с малыми темпами набора кри­визны с пластовыми жидкостями высокой вязкости, с повышен­ным содержанием газа и механических примесей. Чаще всего ВШНУ применяются для дебитов от 3 до 50—100 м 3 /сутки с напором до 1000—1500 м, однако, как уже отмечалось, некото­рые типоразмеры ВШНУ могут иметь гораздо большие добыч­ные возможности.

СОСТАВ УСТАНОВКИ И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ

ВШНУ (рис. 7.128) включат в свой состав наземное и скважинное оборудование.

Наземное оборудование ВШНУ устанавливается на трубной головке скважины и предназначено для преобразования энер­гии приводного двигателя в механическую энергию вращающейся колонны штанг.

Наземное оборудование состоит из:

— тройника для отвода пластовой жидкости;

— рамы для крепления приводного двигателя;

— 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, уплот­нения устья скважины. Конструктивно приводная головка вы­полнена на базе корпуса, устанавливаемого на тройник-отвод посредством фланцевого или резьбового соединения. Внутри корпуса, заполненного маслом, на подшипниках качения распо­лагается приводной вал, связанный с ведомым шкивом силовой передачи. В качестве упорного подшипника, воспринимающего осевую нагрузку, используются конический или сферический роликовые подшипники. Для уплотнения вращающегося при­водного вала или полированного штока служит одинарное или сдвоенное сальниковое устройство с использованием уплотнительных колец или мягкой набивки.

Рис. 7.128. Установка винтового штангового насоса

1 — приводная головка; 2 — приводная головка; 3 — превентор; 4 — трубная головка; 5 — полированный шток; 6 — штанга; 7 — центра­тор; 8 — ротор; 9 — статор, 10 — палец; 11 — электродвигатель

Для предотвращения обратного вращения колонны штанг после остановки приводного двигателя приводная головка ос­нащается тормозным устройством механического или гидрав­лического типа. Это устройство необходимо для восприятия момента кручения от колонны насосных штанг и не допуска­ет отворота резьб штанг и обратного вращения, как самой ко­лонны штанг, так и элементов приводной головки и транс­миссии.

В отдельных компоновках ВШНУ для удобства обслужива­ния установки под приводной головкой устанавливается допол­нительный сальник или плашечный превентор. Первый служит для замены основного сальника без остановки насоса, что осо­бенно актуально в зимних условиях эксплуатации ВШНУ, вто­рой — для герметизации устья скважины при ремонте поверхно­стного оборудования.

В ряде моделей ВШНУ зарубежных фирм приводная головка снабжается ограничителем крутящего момента.

Рама под приводной двигатель при использовании клиноременной 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 ВШНУсостоит из колонны НКТ, в нижней части которой устанавливается статор насоса и враща­ющейся 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 циркуляци­онный клапаны; упорный палец насоса.

Динамический якорь, устанавливаемый ниже статора, фик­сирует НКТ относительно эксплуатационной колонны в ради­альном направлении, допуская при этом их вертикальное пере­мещение. Включение в скважинное оборудование ВШНУ якоря обусловлено тем, что при правом (по часовой стрелке) враще­нии 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 момен­та. Якорь целесообразно использовать при больших крутящих моментах, обусловленных диаметром винта или давлением на­соса. При отсутствии якоря при монтаже ВШНУ необходимо обеспечить требуемые моменты крепления резьбовых соедине­ний НКТ.

Читайте также:  Установка радиатора bmw e30

Упорный палец в насосе служит для правильной подгонки длины колонны штанг при монтаже винтового насоса.Штанговые невращающиеся центраторы, выполняющие фун­кцию промежуточных радиальных опор, могут быть представле­ны в двух конструктивных исполнениях:

— неразборные, размещенные непосредственно на полноразмерной или укороченной штанге по специальной технологии и 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 мате­риалов, работоспособных в различных средах и температурных условиях.

Несколько нижних штанг, расположенных в непосредствен­ной близости к эксцентрично вращающемуся ротору, центрато­рами 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 подъем­ном агрегате или по вращению колонны штанг при перемеще­нии ротора в статоре. Для осевой подгонки ротора в компонов­ку колонны штанг, также как и в СШНУ, включаются укор 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 алее через боковой отвод тройника поступает в промысловый коллектор.

В ВШНУ наибольшее распространение получили НКТ и насосные штанги диаметром соответственно 73 и 22 мм. В установках используются стандартные полированные штоки диамет­ром 31 и 36 мм.

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 двига­тели. Наиболее широкое применение получили ВШНУ с асинх­ронным электроприводом переменного тока с номинальной частотой 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 одной и двухступенчатой трансмиссией.

Простейшая схема ВШНУ, исключающая силовую трансмис­сию, в которой двигатель напрямую соединяется с валом приводной головки, на практике не используется, поскольку требу­ет применения тихоходных двигателей, что неэффективно.

Одноступенчатая схема трансмиссии может быть реализова­на на базе ременной, цепной или зубчатой (цилиндрической или конической, встроенной в опорный корпус приводной головки, которая в этом случае выполняет также функцию редуктора) передачи.

Двухступенчатая схема (первая ступень — ременная, вторая ступень — зубчатая передача) обеспечивает возможность использования быстроходных приводных двигателей с пониженными массогабаритными показателями, а также снижение передаточ­ного 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 мо­тор-редуктор.

Наибольшее распространение получили схемы приводов с одноступенчатой ременной трансмиссией;

по типу ременной передачи различают приводы с клиноременными и зубчатыми ремнями.

Наиболее часто в ВШНУ применяются обычные многоряд­ные клиноременные передачи. В некоторых конструкциях ис­пользуются поликлиновые и зубчатые ремни. Последние обес­печивают передачу высоких крутящих моментов без скольже­ния, 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 электродвига­теля 1000 об/мин минимально возможная частота вращения штанг составляет 200 об/мин, что не всегда соответствует требованиям эксплуатации;

по конструкции вала приводной головки существуют ком­поновки с цельным и полым валом.

Компоновка с цельным валом, не требующая использования полированного штока, сложна при регулировке осевого положе­ния ротора насоса относительно статора во время монтажа ко­лонны штанг. В этой связи приводной вал, как правило, выпол­няется полым, что позволяет пропускать внутри него полиро­ванный шток и регулировать положение последнего в осевом направлении;

по расположению приводного двигателя встречаются компо­новки с вертикальным и горизонтальным расположением оси двигателя.

Вертикальная компоновка двигателя характерна для односту­пенчатых ременных трансмиссий, горизонтальная (когда ось приводного двигателя располагается перпендикулярно оси сква­жины) — для приводов с зубчатой конической передачей;

по способу регулирования скорости приводного вала ВШНУ различают приводы с регулируемым приводным двигателем (элек­трическим или гидравлическим) и с регулируемым передаточ­ным отношением трансмиссии, осуществляемым сменой шки­вов ременной или введением в кинематическую схему механи­ческого вариатора передачи.

Наиболее перспективно использование установок с частотно-регулируемым электроприводом переменного тока, обеспечива­ющим 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 уста­новки, что повышает надежность ее эксплуатации. Станция уп­равления регулируемым электроприводом включает систему кон­троля 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 кинемати­ческим 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 технологичес­кими возможностями производителей винтовых пар (см. ниже);

по схеме закрепления статора различают трубный (статор закрепляется на резьбе на конце колонны НКТ) и вставной (ста­тор спускается на штангах в сборе с ротором и крепится в НКТ с помощью специального замка) винтовые насосы.

Области применения и эффективность схемы вставного на­соса, 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 7.2.11. настоящей книги;

по схеме закрепления низа НКТ относительно обсадной ко­лонны различают 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 схема с вращающимся винтом — наиболее простая и экономичная как в конструктивном плане, так и при монтаже и эксплуатации — нашла повсеместное применение в зарубежной 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 по­терь на трение за счет создания водяного кольца на стенках по­лых штанг. Такая схема является более сложной, требует ис­пользования полых штанг увеличенного диаметра и устьевого вертлюга для отвода жидкости из скважины и не нашла про­мышленного применения.

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-26; Нарушение авторского права страницы

источник

Добавить комментарий