Эксплуатация скважин с помощью УЭЦН. Преимущества и недостатки

18. Эксплуатация скважин с помощью  УЭЦН. Преимущества и недостатки.

Работа штанговых глубинных  насосов на больших расстояниях  затруднена и эксплуатация скважин  ими малоэффективна.

С увеличением глубины спуска насосов  увеличиваются нагрузки, случаются  неполадки в их работе и аварии - обрывы насосных штанг, труб и поломка  наземного оборудования.

Для эксплуатации глубоких скважин  с низкими статическими уровнями и для большего отбора жидкости из высокодебитных скважин применяют  бесштанговые погружные насосные установки.

К бесштанговым погружным установкам относятся насосы:

а) электровинтовые;

б) гидропоршневые - 1%;

в) диафрагменные - 1 - 2 %;

г) электроцентробежные.

Наиболее широко распространены в  практике установки электроцентробежных  насосов.

Преимущества:

Скважины, оборудованные установками  погружных центробежных электронасосов, выгодно отличаются от скважин, оборудованных глубиннонасосными установками. Здесь на поверхности нет механизмов с движущимися частями, отсутствуют громадные металлоемкие станки - качалки и массивные фундаменты, необходимые для их установки.

Применение такого оборудования позволяет  вводить скважины в эксплуатацию сразу же после бурения в любой  период года, даже в самые суровые  зимние месяцы, без больших затрат времени и средств на сооружение фундаментов и монтажа тяжелого оборудования. При эксплуатации скважин  ЭЦН устье легко поддается  герметизации, что позволяет осуществлять сбор и отвод попутного газа. Для  установок ЭЦН характерно отсутствие промежуточного звена насосных шланг, благодаря чему повышается межремонтный период работы скважин. Расширяется область применения насосной добычи из глубоких скважин и форсированного отбора жидкости из сильно обводненных скважин, а также наклонно-направленных скважин.

 

Недостатки:

К недостаткам бесштанговых насосных установок можно отнести: сложный ремонт скважины при падении труб, иногда не приводящий к результату; сложное оборудование (шкаф ШГС), требующее электрика высокой квалификации. На больших оборотах нефть смешивается с водой, приходится тратить большое количество энергии, чтобы отделить нефть от воды. ЭЦН могут применяться также для межпластовой закачки воды и для поддержания пластовых давлений в нефтяных залежах.

Не рекомендуется применять  погружные электроцентробежные  насосы в скважинах:

а)   в жидкостях, в которых содержится значительное количество песка, вызывающего быстрый износ рабочих деталей насоса;

б) с большим количеством газа, снижающего производительность насоса.

Содержание свободного газа у первой ступени насоса не должна превышать 2% от объема перекачивающей жидкости. Повышение содержания свободного газа приводит к снижению напора, подачи, коэффициента полезного действия, а работа насоса становится неустойчивой.

Современные штанговые насосы не позволяют  эксплуатировать скважины большой  глубины, которые достигают 500м и  более, что объясняется необходимостью иметь громоздкое тяжелое оборудование со штангами, изготовленными из стали  высокой прочности. Да и подача этих насосных установок недостаточна. Поэтому  в настоящее время разработаны  принципиально новые бесштанговые насосные установки с переносом  двигателей на забой.

Широкое применение в нашей стране получили погружные установки центробежных электронасосов. Начали, применяется  гидропоршневые насосы, и прошли успешные промышленные испытания винтовые насосы. Средний дебит нефтяной скважины, оборудованной такой установкой, составляет 120-140 тонн/сут., в то время как дебит скважин, оборудованных штанговыми насосными установками, всего 15 тонн/сутки. Большое преимущество этих установок - простота обслуживания, большой межремонтный период работы - 1 года. Нередки случаи, когда на отдельных месторождениях установки работают более 2-3 лет без подъема.

Показатели назначения по перекачиваемым средам следующие:

- среда - пластовая жидкость (смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа);

- максимальная кинематическая вязкость однофазной жидкости, при которой обеспечивается работа насоса без изменения напора и кпд- 1мм2/сут.;

- водородной показатель попутной воды Рн 6,0 - 8,5, максимальное содержание твердых частиц 0,01% (0,1 г/л), микротвердость частиц не более 5 баллов по Люису;

-    максимальное содержание попутной воды - 99%;

-   максимальное содержание свободного газа у основания двигателя 25%, для установок с насосными модулями - газосепораторами (по вариантам комплектаций) - 55%, при этом соотношение в откачиваемой жидкости нефти и воды регламентируется универсальной методикой подбора УЭЦН к нефтяным скважинам (УМП, ЭЦН - 79 );

- максимальная концентрация сероводорода: для установок коррозионностойкого исполнения - 0,125% (1,25 г/л);

-    температура перекачиваемой жидкости в зоне работы погружного агрегата - не более 90 С.

 

 

Принцип действия УЭЦН

Установка электробежного насоса предназначена  для отбора пластовой жидкости:

1) с максимальным содержанием  твердых частиц 0,01%;

2) с максимальной обводненностью 99%;

3) с максимальным объемным содержанием  свободного газа на приеме  насоса 25%;

4) с максимальным содержанием  сероводорода 0,01 грамм на 1 литр.

В УЭЦН входят: наземное и подземное  оборудование.

В подземное оборудование входят:

- сборка электроцентробежного  агрегата;

- колонна насосных труб и  кабель.

Электроцентробежный агрегат спускают в скважину на НКТ. Он состоит из трех основных частей, расположенных  на одном вертикальном валу: многоступенчатого  центробежного насоса, электродвигателя (ПЭД) и протектора. ПЭД с протектором и последний с насосом соединены на фланцах. Вал электродвигателя через вал протектора соединен с валом насоса шлицевой муфтой. Протектор защищает электродвигатель от проникновения в него жидкости и обеспечивает длительную смазку насоса и двигателя. Электродвигатель расположен непосредственно под насосом. Поэтому насос имеет боковой прием жидкости, которая поступает в него из кольцевого пространства между эксплуатационной колонной и электродвигателем через фильтр - сетку.

Ток для питания электродвигателя подводится по трехжильному плоскому кабелю, который опускает вместе с  колонной НКТ и прикрепляют к  ним тонкими железными хомутами (поясами). Их крепят по одному на каждой трубе над муфтой и по одному на середине трубы, затем, на каждой двадцатой  трубе кабель крепят дополнительно  пятью поясами, устанавливаемыми в  средней части трубы с интервалом 100 мм один от другого. Наземное оборудование состоит из устьевого оборудования, станции управления и трансформатора. Трансформатор предназначен для компенсации падения напряжения в кабеле, подводящем ток к ПЭД.

При помощи станции управления осуществляют ручное управление двигателем, автоматическое отключение агрегата при прекращении  подачи жидкости, нулевую защиту, защиту от перегрузки и отключения агрегата при коротких замыканиях. Во время  работы агрегата центробежный ток насос  всасывает жидкость через фильтр, установленный на приеме насоса и  нагнетает ее по насосам. Трубам на поверхность. В зависимости от напора, т.е. высоты подъема жидкости, применяют  насосы с различным числом ступеней. Над насосом устанавливают обратный и сливной клапан. Обратный клапан используется для поддерживания  в НКТ, что облегчает пуск двигателя  и контроль его работы после пуска. Во время работы обратный клапан находится  в открытом положении под действием  давления снизу. Сливной клапан устанавливают  над обратным, и используется для слива жидкости из НКТ подъеме их на поверхность.

 

 Наземное оборудование УЭЦН: устьевое оборудование, трансформатор, ШГС.

Это оборудование предназначено для  герметизации устья и регулирования  отбора нефти в период фонтанирования при эксплуатации штанговыми скважинными  насосами, а также для проведения технологических операций, ремонтных  и исследовательских работ в  скважинах, расположенных в умеренном  и холодном макроклиматических районах. В оборудовании устья типа ОУ колонна насосно-компрессорных труб расположена эксцентрично относительно оси скважины, что позволяет проводить исследовательские работы через межтрубное пространство. Запорное устройство оборудования - проходной кран с обратной пробкой. Скважинные приборы опускаются по межтрубному пространству через специальный патрубок. Подъемные трубы подвешены на конусе, Насосно-компрессорные трубы и патрубок для спуска приборов уплотнены разрезными резиновыми прокладками и нажимным фланцем. Конус и все закладные детали уплотнительного узла выполнены разъемными.

В оборудовании применен устьевой сальник  с двойным уплотнением. Для перепуска  газа в систему нефтяного сбора  и для предотвращения излива нефти  в случае обрыва полированного штока  предусмотрены обратные клапаны. Оборудование унифицировано с серийно выпускаемой фонтанной арматурой с проходными пробковыми кранами.

 

Оборудование ОУГ-65Х21

Предназначено для герметизации устья  нефтяных скважин, оснащенных гидроприводными  насосами. Применяется в умеренном и холодном макроклиматических районах. Оборудование ОУГ-65Х21 обеспечивает подвеску лифтовых труб, проведение ряда технологических операций с целью спуска и извлечения гидропоршневого насоса, а также проведение ремонтных исследовательских и профилактических работ.

 

Трансформатор

У трансформаторов предусмотрено  масляное охлаждение. Они предназначены  для работы на открытом воздухе. На высокой стороне обмоток трансформаторов  выполняется по пятьдесят ответвлений для подачи оптимального напряжения на электродвигатель в зависимости от длины кабеля, загрузки электродвигателя и напряжения сети.

Переключение отпаек производится при полностью отключенном трансформаторе. Трансформатор состоит из магнитопровода, обмоток высокого ВН и НН напряжения, бака, крышки с вводами и расширителя с воздухосушителем. Бак трансформатора заполняется трансформаторным маслом, имеющим пробивное напряжение не ниже 40кВт. На трансформаторах мощностью 100 - 200кВт установлен термосифонный фильтр для очистки трансформаторного масла от продуктов старения. На крышке бака смонтирован:

-  привод переключателя ответвлений обмоток ВН (один или два);

-  ртутный термометр для измерения температуры верхних слоев масла;

- съемные ввода ВН и НН, допускающие замену изоляторов без подъема извлекаемой части;

-  расширитель с маслоуказателем и воздухоосушителем;

-  металлический короб для предохранения вводов от попадания пыли и влаги.

Воздухоосушитель с масляным затвором предназначен для удаления влаги  и очистки от промышленных загрязнений  воздуха, поступающего в трансформатор  при температурных колебаниях уровня масла.

 

Станция управления ШГС

Комплексное устройство, или станция  управления ШГС 5805 предназначена для  управления УЭЦН мощностью до 100 кВт., а комплексное устройство КУПНА - для установок с электродвигателями мощностью свыше 100 кВт. Станция управления ШГС 5805 располагается в металлическом шкафу, в котором размещено электрооборудование, обеспечивающее защиту электродвигателя и насоса от различных неполадок. Например: отключение ПЭД, защита при падении напряжения в сети, или при повышении напряжения выше номинального. Оператор по добыче нефти производит включение или отключение установки, а также контроль за работой установки по сигнальным лампам и по КИП на передней панели ШГС.

 

Автоматизация УЭЦН

Скважина, эксплуатируемая с помощью  ЭЦН, оснащается станцией управления ШГС  и электроконтактным манометром. Устройство обеспечивает:

-    включение и отключение электродвигателя;

-    дистанционное управление ПЭД от программного устройства;

- работу ПЭД насосной установки в режиме «ручной» и «автоматический»;

- автоматическое включение электродвигателя с регулируемой выдержкой времени от 2,5 -2,5+2,5 до 60 -+ 6 минут, при подаче напряжения питания;

-   станция не включает электродвигатель, если напряжение питания сети будет подаваться с изменением фаз;

-     двигатель не включается, если напряжение сети больше 420 В, при перегрузке любой из фаз. Отключает электродвигатель при отключении напряжения питания сети выше 10 % или 15% от номинального, если это отключение приводит к допустимой перегрузке по току с автоматическим повторным включением электродвигателя после восстановления напряжения;

-    включение электродвигателя при нагрузке с выдержкой времени на срабатывание защиты не более 45 секунд;

-  автоматическое повторное включение электродвигателя после его отключения защиты от перегрузки с выдержкой времени от 3 -2,2+2,6 до 1200-+120 минут;