Меню Рубрики

Установки винтовых насосов для добычи нефти

ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Общие сведения о винтовых насосах

Винтовой насос — это устройство, в котором образование напора нагнетаемой жидкости происходит благодаря вытеснению жидкости винтовыми роторами, выполненными из металла, вращающимися вокруг статора определенной формы.

Винтовые насосы — разновидность роторно-зубчатых насосов, получаемых из шестеренных за счет уменьшения числа зубьев и увеличения их угла налона.

По принципу действия относятся к объемным роторным гидромашинам.

В настоящее время создано большое количество винтовых насосов с диапазоном подач от 0,5 до 1000 м3/сут и давлением от 6 до 30 МПа.

История возникновения винтовых насосов

Впервые винтовой насос для перекачки вязких жидкостей и различных растворов был разработан в 1920-х годах. И сразу же эти получил широкое распространение во многих отраслях промышленности (пищевая, химическая, бумажная, металлообрабатывающая, текстильная, табачная, нефтяная и т.д.).

Данный вид насоса был предложен французским инженером Муано (R. Moineau). Новый принцип гидравлической машины, названный «капсулизмом», позволил исключить клапапанные и золотниковые распределители.

В конце 70-х годов, винтовые насосы впервые были применены на нефтяных месторождениях Канады с тяжелой нефтью и большим содержанием мелкодисперсного песка.

В 1980-х гг. началось использование винтовых насосов для механизированной добычи, в результате, они постепенно внедрились в нефтяную промышленность.

К 2003 году винтовые насосы стали использовать на более чем 40000 скважин по всему миру. Добыча вязких и высоковязких нефтей стала более рентабельной для нефтяной промышленности. Винтовые насосы применяются от Аляски до Южной Америки, в горах Японии, в Африке, в России. Также такие насосы применяются для добычи угольного метана и легкой нефти в Новокузнецке, Нижневартовске [2].

Устройство и принцип действия

Основными элементами винтового насоса для добычи нефти являются ротор (рисунок 1 а) в виде простой спирали (винта) с шагом lрот и статора (рисунок 1 б) в виде двойной спирали с шагом lст, в два раза превышающим шаг ротора.

а — ротор; б — статор; в — насос в сборе;

1 — корпус насоса; 2 — полость между статором и ротором

Рисунок 1 — Глубинный винтовой насос

Винт имеет однозаходную плавную нарезку с весьма большим отношением длины винта к глубине (1530). Обойма насоса имеет внутреннюю поверхность, соответствующую двухзаходному винту, у которого шаг равен удвоенному шагу винта насоса.

Принцип действия заключается в том, что винт насоса и его обойма образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые при вращении винтов передвигаются от приема насоса к его выкиду. В начальный момент, каждая полость сообщается с областью приема насоса, при продвижении вдоль оси насоса ее объем увеличивается, заполняясь перекачиваемой жидкостью, после чего становится полностью замкнутым. У выкида объем полости сообщается с полостью нагнетания, постепенно уменьшается, а жидкость выталкивается в трубопровод.

Основные характеристики винтовых насосов

Основными характеристиками винтовых насосов являются:

— рабочая глубина по вертикали (до 3200 м);

— температура продукта (до 120 0С);

— плотность жидкости (более 850 г/см3);

— кривизна ствола скважины (до 900).

Виды винтовых насосов. Используемый материал

По количеству винтов насосы делят на:

Чаще всего используются одновинтовые и двухвинтовые насосы.

В данном курсовой работе рассмотрим 2 вида насосов:

— с поверхностным электродвигателем;

— с погружным электродвигателем.

Наиболее технологически простым является однозаходный винт с поперечным сечением в виде правильного круга.

1 — исходное положение; 2 — положение при повороте на 900; 3 — положение при повороте на 1800

Рисунок 2 — Положение однозаходного винта в обойме во время работы на 1/2 оборота

Если рассматривать многозаходный винт, то тогда необходимо учитывать кинематическое соотношение ротора и статора.

Рисунок 3 — Зависимость рабочих параметров n и MT винтового насоса от кинематического соотношения i

Графики показывают, что двигатели с малозаходными винтовыми механизмами развивают большие скорости вращения при минимальном вращающем моменте. По мере увеличения заходности ротора наблюдается рост вращающего момента и снижение частоты вращения. Это объясняется тем, что винтовой механизм с многозаходным ротором выполняет роль двигателя и одновременно понижающего редуктора (мультипликатора), передаточное число которого пропорционально заходности ротора.

Для изготовления винта могут использовать сталь, легированную хромом, или титановый сплав, который примерно в 1,7 раза легче стали и не уступает ей по прочности. Выигрыш в массе позволяет во столько же раз снизить нагрузку на эластомер от центробежной силы при вращении винта. Обрабатывается винт на токарном станке, обычно с приспособлением для вихревой нарезки, что позволяет получить высокую точность при наиболее высокой производительности труда.

Читайте также:  Установка лестницы металл на второй этаж

Поверхности винта должны удовлетворять требованиям высокой твердости и чистоты обработки. Эти условия выполняются нанесением на поверхность твердого слоя хрома и его полированием в специальном приспособлении [3].

источник

Установки винтовых насосов для добычи нефти

Общие сведения о винтовых насосах. Установки погружных винтовых электронасосов для добычи нефти. Установки штанговых винтовых насосов с наземным приводом. Расчет параметров, монтаж, эксплуатация, ремонт установок скважинных винтовых электронасосов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

По дисциплине: Гидромашины и компрессоры в нефтегазовой отрасли

На тему: Установки винтовых насосов для добычи нефти

1 ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

1.1 Общие сведения о винтовых насосах

1.1.1 История возникновения винтовых насосов

1.1.2 Устройство и принцип действия

1.1.3 Основные характеристики винтовых насосов

1.1.4 Виды винтовых насосов. Используемый материал

1.2 Установки погружных винтовых электронасосов для добычи нефти

1.2.3 Показатели комплектации и технические характеристики УЭВН

1.2.4 Погружные винтовые электронасосные агрегаты ЭВН

1.2.5 Устройство и принцип действия винтовых насосов

1.2.6 Материалы основных деталей

1.2.7 Погружные электродвигатели винтовых насосов и их гидрозащита

1.3 Установки штанговых винтовых насосов с наземным приводом

1.3.1 Назначение и область применения насосов

1.3.2 Основные преимущества УШВН перед другими видами насосов

1.3.4 Привод скважинных штанговых насосных установок

2 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВИНТОВОГО НАСОСА

2.1 Расчет действующих сил

2.2 Расчет золотника предохранительного клапана на прочность и устойчивость

3 МОНТАЖ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ

3.1 Монтаж установок скважинных винтовых электронасосов

3.2 Техническое обслуживание установок скважинных винтовых электронасосов

3.3 Подъем и демонтаж установок скважинных винтовых электронасосов

3.4 Ремонт установок скважинных винтовых электронасосов

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

скважинный винтовой электронасос нефть

Мировые запасы высоковязких нефтей и природных битумов огромны и по оценкам ряда специалистов превышают запасы легких нефтей. Ведущее место по добычи высоковязких нефтей и природных битумов занимают Венесуэлла, США, Канада. Более 90% мировой добычи высоковязких нефтей и природных битумов приходится на скважинные методы, из них более 80% добываются механизированными способами на естественном режиме работы пластов, чему способствуют сравнительно высокие пластовые давления и температуры на глубине залегания основных разрабатываемых за рубежом скважинными методами месторождений.

Естественный режим работы пластов является, как правило, стадией, предшествующей разработке месторождений с применением термических методов воздействия на продуктивный пласты. Среди термических методов наибольшее распространение получило паротепловое воздействие (циклическое и площадное).

Доля высоковязких нефтей и природных битумов, добываемых с применением внутрипластового горения весьма мала. Одной из основных причин этого является недостаточное научное обеспечение метода, сложность прогнозирования и управления процессом.

Условия залегания природных битумов в нашей стране отличаются сравнительно малыми глубинами, низкими величинами пластовых давлений и температур, высокой вязкостью битума в пластовых условиях, сравнительно малыми мощностями битумонасыщенных пластов, сильной неоднородностью битумонасыщенности по толще пласта, слабой сцементированностью песчаных коллекторов, близким расположением и сильным влиянием водоносных горизонтов, содержащих питьевые воды и т.п. В этих условиях притоки вязкого битума в скважины на естественном режиме работы пласта весьма малы и целесообразность естественного режима как самостоятельной стадии разработки сомнительна. Экономический анализ показывает, что битумная отрасль промышленности может быть рентабельной только при условии комплексной переработки и использования битумного сырья. С этой точки зрения является нежелательным применение при разработки месторождений природных битумов таких методов, как внутрипластовое горение или низкотемпературное окисление, поскольку эти методы приводят к ухудшению ценности сырья. Паротепловое воздействие на пласт не исключает необходимости отбора продукции и из скважин, временно неохваченных воздействием или охваченных им в недостаточной мере. Сказанное обуславливает необходимость изучения и создания технических средств подъема продукции битумных скважин, которые имели бы достаточно широкий диапазон применения по вязкости продукции и обеспечивали эксплуатацию скважин при применении паротеплового воздействия на пласт.

Читайте также:  Установка подогревателя с помпой на форестер

Одним из таких технических средств используемой сегодня в нефтяной промышленности являются одновинтовые насосы (ВНО), именуемые в зарубежной литературе Moineau pumps или Progressive cavity pumps (PCP). Простота конструкции и уникальные характеристики ВНО позволяют эффективно использовать их в различных технологических процессах. В настоящее время во всем мире наблюдается пик интереса к одновинтовым гидромашинам и по мнению экспертов в дальнейшем область применения ВНО и технологий с их использованием будет расширяться [1].

Поэтому в данной курсовой работе рассмотрим винтовые насосы, используемых в нефтегазовой отрасли с погружным и поверхностным электродвигателем.

1 ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

1.1 Общие сведения о винтовых насосах

Винтовой насос — это устройство, в котором образование напора нагнетаемой жидкости происходит благодаря вытеснению жидкости винтовыми роторами, выполненными из металла, вращающимися вокруг статора определенной формы.

Винтовые насосы — разновидность роторно-зубчатых насосов, получаемых из шестеренных за счет уменьшения числа зубьев и увеличения их угла налона.

По принципу действия относятся к объемным роторным гидромашинам.

В настоящее время создано большое количество винтовых насосов с диапазоном подач от 0,5 до 1000 м3/сут и давлением от 6 до 30 МПа.

1.1.1 История возникновения винтовых насосов

Впервые винтовой насос для перекачки вязких жидкостей и различных растворов был разработан в 1920-х годах. И сразу же эти получил широкое распространение во многих отраслях промышленности (пищевая, химическая, бумажная, металлообрабатывающая, текстильная, табачная, нефтяная и т.д.).

Данный вид насоса был предложен французским инженером Муано (R. Moineau). Новый принцип гидравлической машины, названный «капсулизмом», позволил исключить клапапанные и золотниковые распределители.

В конце 70-х годов, винтовые насосы впервые были применены на нефтяных месторождениях Канады с тяжелой нефтью и большим содержанием мелкодисперсного песка.

В 1980-х гг. началось использование винтовых насосов для механизированной добычи, в результате, они постепенно внедрились в нефтяную промышленность.

К 2003 году винтовые насосы стали использовать на более чем 40000 скважин по всему миру. Добыча вязких и высоковязких нефтей стала более рентабельной для нефтяной промышленности. Винтовые насосы применяются от Аляски до Южной Америки, в горах Японии, в Африке, в России. Также такие насосы применяются для добычи угольного метана и легкой нефти в Новокузнецке, Нижневартовске [2].

1.1.2 Устройство и принцип действия

Основными элементами винтового насоса для добычи нефти являются ротор (рисунок 1 а) в виде простой спирали (винта) с шагом lрот и статора (рисунок 1 б) в виде двойной спирали с шагом lст, в два раза превышающим шаг ротора.

а — ротор; б — статор; в — насос в сборе;

1 — корпус насоса; 2 — полость между статором и ротором

Рисунок 1 — Глубинный винтовой насос

Винт имеет однозаходную плавную нарезку с весьма большим отношением длины винта к глубине (1530). Обойма насоса имеет внутреннюю поверхность, соответствующую двухзаходному винту, у которого шаг равен удвоенному шагу винта насоса.

Принцип действия заключается в том, что винт насоса и его обойма образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые при вращении винтов передвигаются от приема насоса к его выкиду. В начальный момент, каждая полость сообщается с областью приема насоса, при продвижении вдоль оси насоса ее объем увеличивается, заполняясь перекачиваемой жидкостью, после чего становится полностью замкнутым. У выкида объем полости сообщается с полостью нагнетания, постепенно уменьшается, а жидкость выталкивается в трубопровод.

1.1.3 Основные характеристики винтовых насосов

Основными характеристиками винтовых насосов являются:

— рабочая глубина по вертикали (до 3200 м);

— температура продукта (до 120 0С);

— плотность жидкости (более 850 г/см3);

— кривизна ствола скважины (до 900).

1.1.4 Виды винтовых насосов. Используемый материал

По количеству винтов насосы делят на:

Чаще всего используются одновинтовые и двухвинтовые насосы.

В данном курсовой работе рассмотрим 2 вида насосов:

— с поверхностным электродвигателем;

— с погружным электродвигателем.

Наиболее технологически простым является однозаходный винт с поперечным сечением в виде правильного круга.

Читайте также:  Установка и ремонт антенны телевизора

1 — исходное положение; 2 — положение при повороте на 900; 3 — положение при повороте на 1800

Рисунок 2 — Положение однозаходного винта в обойме во время работы на 1/2 оборота

Если рассматривать многозаходный винт, то тогда необходимо учитывать кинематическое соотношение ротора и статора.

Рисунок 3 — Зависимость рабочих параметров n и MT винтового насоса от кинематического соотношения i

Графики показывают, что двигатели с малозаходными винтовыми механизмами развивают большие скорости вращения при минимальном вращающем моменте. По мере увеличения заходности ротора наблюдается рост вращающего момента и снижение частоты вращения. Это объясняется тем, что винтовой механизм с многозаходным ротором выполняет роль двигателя и одновременно понижающего редуктора (мультипликатора), передаточное число которого пропорционально заходности ротора.

Для изготовления винта могут использовать сталь, легированную хромом, или титановый сплав, который примерно в 1,7 раза легче стали и не уступает ей по прочности. Выигрыш в массе позволяет во столько же раз снизить нагрузку на эластомер от центробежной силы при вращении винта. Обрабатывается винт на токарном станке, обычно с приспособлением для вихревой нарезки, что позволяет получить высокую точность при наиболее высокой производительности труда.

Поверхности винта должны удовлетворять требованиям высокой твердости и чистоты обработки. Эти условия выполняются нанесением на поверхность твердого слоя хрома и его полированием в специальном приспособлении [3].

1.2 Установки погружных винтовых электронасосов для добычи нефти

Установки погружных винтовых сдвоенных электронасосов типа УЭВН5 предназначены для откачки пластовой жидкости повышенной вязкости из нефтяных скважин, их можно использовать также для добычи нефти обычной вязкости и газосодержания.

Установки УЭВН5 рассчитаны на откачку пластовой жидкости из нефтяных скважин со следующей характеристикой:

— максимальная вязкость жидкости до 110-3 м3/с;

— объемное содержание свободного газа на приеме насоса до 50 %;

— содержание механических примесей не более 0,8 г/л;

— температура пластовой жидкости до 110 0С;

— содержание воды не более 99 %.

Установка погружного винтового сдвоенного электронасоса (рисунок 4) состоит из погружного насоса, электродвигателя с гидрозащитой, установленных в скважине на колонне НКТ под уровень жидкости в скважине.

Электроэнергия от трансформатора, комплектного устройства, установленных на поверхности земли, по токоподводящему бронированному кабелю, закрепленному снаружи НКТ хомутами, через муфту кабельного ввода подводится к погружному электродвигателю насосного агрегата [4].

1 — трансформатор; 2 — комплектное устройство;

3 — пояса; 4 — трубы НКТ; 5 — насос;

6 — муфта кабельного ввода; 7 — электродвигатель с защитой

Рисунок 4 — Установка винтового сдвоенного электронасоса типа УЭВН5

Установки УЭВН5 выпускаются для скважин с внутренним диаметром эксплуатационной колонны не менее 121,7 мм.

Условное обозначение оборудования установки записывается в следующем виде: УЭВН5-16-1200 А или УЭВН5-100-1000А1 ВП01, где приняты обозначения:

Э — привод от погружного электродвигателя;

5 — группа насоса для скважин с внутренним диаметром колонны 121,7 мм;

А — для жидкости температурой до 30 0С;

Б — для жидкости температурой от 30 до 50 0С;

В — для жидкости температурой от 50 до 70 0С;

Г — для жидкости температурой от 50 до 70 0С или вязкостью 610-4 — 110-3 м3/с;

А1 -вариант изготовления с электродвигателем повышенной мощности;

К — вариант изготовления с пусковой разгонной муфтой;

ВП — вариант поставки; 01 — порядковый номер варианта поставки.

В случае отсутствия в заявке указания о варианте поставке, установка посылается заказчику в исполнении А, в варианте ВП00 (ВП00 — вариант поставки в районы с умеренным климатом; ВП01 — вариант поставки в районы с холодным климатом).

Модификация установок А1 комплектуется электродвигателем повышенной мощности и отличается отсутствием золотникового устройства в насосе.

Модификация К отличается от существующих конструкций добавлением узла приставки, в котором пусковая муфта помещена в область чистого масла.

1.2.3 Показатели комплектации и технические характеристики УЭВН

Все установки погружных электроприводных винтовых насосов (таблица 1) комплектуются погружными электродвигателями типа ПЭД с гидрозащитой 1Г51 и наземным энергетическим оборудованием (комплектное устройство, трансформатор) таким же как и оборудование УЭВН.

Таблица 1 — Показатели комплектации установок типа УЭВН

источник