Диафрагменные насосы для добычи нефти

Диафрагменные насосы являются насосами объемного типа. Основным рабочим элементом насоса является диафрагма, ко­торая отделяет откачиваемую жидкость от контакта с другими элементами насоса.

Скважинный диафрагменный насос приводится в действие погружным электродвигателем. Установка состоит из наземного и погружного оборудования. Наземное оборудование аналогич­но таковому для эксплуатации скважин винтовыми насосами.

Схема погружного агрегата представлена на рис. 6.22. Глубинный насос состоит из двух частей: верхней, в которой размещена круглая диафрагма 5, делящая эту часть на наддиафрагменную полость и являющаяся, по существу, насосом с нагнетательным клапаном 3 и всасывающим клапаном 4, и ниж­ней поддиафрагменной полости А, которая заполнена маслом. Полость А образована диафрагмой 5, а также парой «цилиндр 8—поршень 9», которые размещены в корпусе 10, в верхней части которого имеется осевой канал 6, сообщающийся с ка­мерой А. Сверху поршень подпружинен винтовой пружиной 7. Между погружным электродвигателем 15 и поршнем 9 имеется камера Б, также заполненная маслом. В нижней части поршень 9 контактирует с эксцентриком 11, закрепленным на оси в опо­ре 12. На этой же оси закреплено зубчатое колесо 13. Второе

зубчатое колесо 14 закреплено на выходном валу погружного электродвигателя 15. Зубчатые колеса 13 и 14 образуют угло­вую зубчатую передачу. В нижней части погружного двигателя имеется компенсационная диафрагма 16. Электродвигатель, камеры А и Б заполнены одним и тем же маслом. Камеры А и Б могут сообщаться через специальный клапанный узел 18, рас­положенный в корпусе 10. Камера А имеет строго определенный объем, а следовательно, и объем масла в ней. Утечки масла из камеры А через зазор «цилиндр—поршень» в камеру Б приводят к открытию клапанного узла 18 и восполнению масла в камере А. Излишки масла в камере А также сбрасываются в камеру Б клапанным узлом 18. Электрическое питание погружному электродвигателю подается по кабелю 17.

Насос работает следующим образом. Вращение вала двига­теля приводит в действие угловую зубчатую передачу. Вместе с вращением зубчатого колеса 13 вращается эксцентрик 11, приводя в возвратно-поступательное движение поршень 9, при­жатый к эксцентрику пружиной 7. На схеме рис. 6.22 показано нижнее положение поршня. Так как объем камеры А постоянен, пространство, освобожденное поршнем в цилиндре, заполняется маслом и диафрагма занимает нижнее положение, показанное на рис. 6.22. За время движения поршня вниз давление в наддиафрагменной полости снижается, нагнетательный клапан закрывается, открывается всасывающий клапан, и продукция скважины поступает в наддиафрагменную полость. При ходе поршня вверх давление в камере А повышается, приводя к пере­мещению вверх и диафрагмы. Давление в наддиафрагменной полости повышается, всасывающий клапан 4 закрывается, а нагнетательный клапан 3 открывается, жидкость из наддиаф­рагменной полости вытесняется в колонну НКТ. Изменение объема камеры Б при движении поршня изменяет и объем масла в ней. Эти изменения компенсируются компенсационной диафрагмой 16.

Диафрагменные насосные установки предназначены для эксплуатации скважин с агрессивной продукцией, а также со­держащей механические примеси. Это связано с тем, что отка­чиваемая продукция не контактирует с подвижными деталями погружного агрегата, будучи отделенной от них диафрагмой. Установка проста в монтаже и обслуживании.

К недостаткам можно отнести невысокую подачу до 20 м 3 /сут и очень узкую область применения по подачам и напорам. При подаче 4 м 3 /сут напор насоса составляет 2000 м, а при подаче 20 м 3 /сут — всего 600 м.

Дата добавления: 2017-06-13 ; просмотров: 2482 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

СПОСОБЫ ДОБЫЧИ НЕФТИ

Погружной диафрагменный электронасос

Назначение

Установки погружных диафрагменных электронасосов предназначены для добычи нефти из глубоких (до 2000 м) малодебитных искривленных или наклонных скважин, где эффективность их применения обеспечивается за счет непрерывной работы (взамен периодической, отрицательно влияющей на нефтедобычу пласта).

Перекачиваемая среда — пластовая жидкость в виде смеси нефти вязкостью до 300 сСт с содержанием парафина до 6%, попутной воды в любых пропорциях и попутного нефтяного газа с температурой от 5 до 90°С.

Установки электродиафрагменных насосов относятся к классу бесштанговых насосов, что определяет их эксплуатационные качества. Отличительной конструктивной особенностью диафрагменного насоса является изоляция его исполнительных органов от перекачиваемой среды эластичной диафрагмой и работа этих органов в герметичной полости, заполненной чистой жидкостью.

По принципу действия диафрагменный насос сравним с поршневым насосом – рабочий процесс осуществляется путем всасывания и нагнетания перекачиваемой жидкости.

Классификация

Погружные диафрагменные насосы различных типов классифицируют по ряду признаков.

1. По способу приведения диафрагмы в возвратно-поступательное движение на:
2. с механическим приводом;
3. с гидравлическим приводом.
4. По конструкции диафрагмы:
5. с плоской дафрагмой;
6. с цилиндрической диафрагмой;
7. с диафрагмой в виде сильфона.
8. По виду энергии, подводимой к насосу с поверхности:
9. с электроприводом;
10. с гидроприводом.
11. По виду погружного электропривода, преобразующего подводимую электроэнергию в энергию исполнительного органа:
12. электродвигатель;
13. электромагнитный привод.
14. По виду преобразователя вращательного движения вала электродвигателя в возвратно — поступательное движение диафрагмы:
15. механический преобразователь, содержащий, например, конический редуктор и плунжерный насос с эксцентриковым приводом плунжера;
16. гидравлический преобразователь, включающий, например, силовой насос роторного типа и систему гидрораспределителей, преобразующих направление постоянного потока рабочей среды от силового насоса в возвратно-поступательные гидравлические импульсы.
17. По числу диафрагм:
18. одна, две и более.

Достоинства

Конструктивные достоинства УЭДН, выгодно отличающие их от применяемых повсеместно штанговых насосов:

• отсутствие крупногабаритного и металлоемкого наземного оборудования;
• небольшая установочная мощность электродвигателя;
• простота монтажа и эксплуатации;
• удовлетворительная эксплуатация скважин, дающих вязкие эмульсии, жидкости, содержащие механические примеси и свободный газ;
• возможность применения в скважинах с низкими дебитами;
• возможность эксплуатации месторождений с небольшими устьевыми площадками (море, болота и др.).

Состав установки, принцип действия

Установка включает: погружной диафрагменный электронасос с электродвигателем; сливной клапан 2 для слива жидкости из колонки насоснокомпрессорной трубы при подъеме электронасоса из скважины; насоснокомпрессорную трубу 3; токопроводящий кабель 4; пояса для крепления кабеля 5; электроконтактный манометр 6; обратный клапан 7; комплектное устройство ШДН01-93У1 8 для контроля, управления и защиты электронасоса.

Принцип работы:

Две мембраны, соединенные валом, перемещаются вперед и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран с использованием автоматического воздушного клапана.

Всасывание: Первая мембрана создает разрежение, когда она движется от стенки корпуса.

Нагнетание: Вторая мембрана одновременно передает давление воздуха на жидкость, находящуюся в корпусе, проталкивая ее по направлению к выпускному отверстию. Во время каждого цикла давление воздуха на заднюю стенку выпускающей мембраны равно давлению, напору со стороны жидкости. Поэтому мембранные насосы могут работать и при закрытом выпускном клапане без ущерба для срока службы мембраны.

В диафрагменных насосах с механическим приводом диафрагмы имеется толкатель, который жестко воздействует на диафрагму. В период нагнетательного хода диафрагма испытывает механические нагрузки от сопротивления перекачиваемой среды; при этом с внешней стороны на диафрагму действует давление, равное давлению, создаваемому насосом. При больших давлениях эти механические нагрузки возрастают, что резко сокращают срок службы диафрагмы. По этой причине при механическом приводе диафрагмы параметры насоса, как правило, ограничиваются сроком ее службы.

В насосах с гидравлическим приводом диафрагмы между ней и исполнительным органом насоса находится жидкая рабочая среда. При работе насоса под действием исполнительных органов в рабочей среде возникает возвратно-поступательные импульсы, которые гидравлически воздействуют на диафрагму, а через нее – на перекачиваемую среду. При этом диафрагма является лишь «разделительным» органом, отделяющим рабочую среду и исполнительные органы насоса от перекачиваемой среды, и давление сред по обе ее стороны практически одинаково. Если отклонение диафрагмы от нейтрального положения выбрано с таким расчетом, что растягивающие напряжения в материале диафрагмы незначительны, то работоспособность диафрагмы и срок ее службы определяются пределом выносливости материала при многократном изгибе в месте крепления диафрагмы в корпусе насоса.

В насосах с гидравлическим приводом диафрагмы при правильном выборе конструкции и материала диафрагмы срок ее службы значительно больше, чем в насосах с механическим приводом диафрагмы, а параметры таких насосов определяются прочностью и работоспособностью исполнительных органов, мощностью привода.

Диафрагменные насосные агрегаты, применяемые для подъема жидкости из скважин, по виду используемой для приведения их в действие энергии подразделяются на три вида:

1. работающие от гидравлической энергии жидкости, подводимой к насосу с поверхности;
2. действующие за счет возвратно-поступательного движения колонны штанг с приводом от станка-качалки, расположенного на устье скважины;
3. имеющие привод от погружного электродвигателя.

Читайте также:

1. Автоматизация измерения количества и определения качества товарной нефти
2. Блок атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6
3. Винтовых насосов для добычи нефти
4. Вторичные методы переработки нефти
5. Газосепараторы центробежных насосов для добычи нефти
6. ДИНАМИКА СТРУКТУРЫ СЕБЕСТОИМОСТИ И ЦЕНЫ ГАЗА, НЕФТИ И УГЛЯ В 1990-2010 гг.
7. Занятие 11 Измерение количества и определение качества товарной нефти
8. Занятие 12 «Безрезервуарная» сдача нефти в магистральный нефтепровод. Чистка и ремонт резервуаров
9. Занятие 9 Предотвращение потерь нефти при хранении ее в резервуарах
10. Значения диагностических параметров бензонасосов
11. Методика оценки нефтеотдачи пластов при вытеснении нефти водой.

Установки электроприводных

Диафрагменные насосы относятся к классу объемных. Они предназначены, в первую очередь, для эксплуатации мало- и среднедебитных нефтяных скважин которые, в настоящее время и в ближайшем обозримом будущем, являются основным фондом нефтяной промышленности России.

Насос состоит из гидравлической и приводной части. В гидравлическую часть входит всасывающий и нагнетательный клапаны, гидравлическая полость в которую поступает, а затем вытесняется добываемая жидкость и диафрагма, разделяющая насос на две части. Диафрагма выполняет две функции. Первая — вытеснение добываемой жидкости и вторая — изолирование приводной части от агрессивной добываемой среды. Приводная часть в зависимости от конструктивного исполнения может содержать различные узлы. Ее задачей является создание усилия и его передача на диафрагму. По способу передачи энергии бесштанговые диафрагменные насосы можно разделить на две группы, в первую из которых входят насосы с погружным электроприводом, а во вторую — с поверхностным гидроприводом.

В качестве привода в диафрагменных насосах для добычи нефти наиболее часто используется электропривод.

Роторный асинхронный электродвигатель является в настоящее время самым распространенным типом привода для погружных насосных установок, благодаря достаточно высокому КПД (свыше 80 %) и высокой технической и технологической отработанности изготовления, эксплуатации и ремонта.

Система привода от двигателя к диафрагме называется трансмиссией и подразделяется на механическую и гидравлическую.

В диафрагменных насосах с механическим приводом диафрагмы имеется толкатель, который жестко связан с диафрагмой. В период хода нагнетания диафрагма испытывает нагрузку, равную давлению, создаваемому насосом, поэтому с ростом давления, создаваемого насосом, срок службы диафрагмы резко уменьшается. По этой причине при механическом приводе диафрагмы параметры насоса, как правило, жестко связаны с прочностными параметрами диафрагмы и ограничены сроком ее службы. Так как давление, развиваемое погружными насосами для добычи нефти, достаточно велико (порядка 10 МПа), то данный вид трансмиссии не может быть использован в насосах, предназначенных для долговременной работы в скважинах.

В насосах с гидравлическим приводом диафрагмы между ней и исполнительным органом насоса находится жидкая рабочая среда, которая, вытесняясь из рабочей камеры рабочим органом (например, — плунжером), воздействует на диафрагму, а через нее — на перекачиваемую среду. При этом диафрагма является лишь разделительным органом, отделяющим рабочую среду и исполнительные органы насоса от перекачиваемой среды. Давление сред по обе стороны диафрагмы практически одинаково. Если отклонение диафрагмы от нейтрального положения выбрано с таким расчетом, что напряжения в материале диафрагмы незначительны, то работоспособность диафрагмы и срок ее службы определяется пределом выносливости материала при многократном изгибе в месте крепления диафрагмы к корпусу насоса. Кроме того, к достоинству этого типа трансмиссии относится возможность передачи больших мощностей при малых размерах элементов, большой срок службы, обуславливаемый в значительной степени самосмазыванием всех элементов трансмиссии рабочей жидкостью и простыми средствами предохранения трансмиссии от перегрузок. К особенностям данного вида трансмиссии следует отнести высокие требования, предъявляемые к качеству изготовления ее элементов, а также к самой рабочей жидкости, свойства которой должны оставаться стабильными при длительной работе в условиях повышенной температуры и давления. В связи с решением данных задач современными структурами машиностроения и нефтехимии именно данный тип трансмиссии используется для диафрагменных насосов для добычи нефти.

Однако, в случае применения гидравлического привода диафрагмы, необходимо в конструкции насоса предусмотреть устройство для поддержания заданного нейтрального положения диафрагмы. Наиболее простыми являются устройства открытого типа, когда конструкция насоса обеспечивает гарантированную утечку из полости насоса в диафрагменную камеру, а оттуда, при образовании некоторого определенного избытка рабочей жидкости, он сбрасывается в нагнетательный канал диафрагменного насоса. В этом случае в насосе должен быть достаточный объем рабочей жидкости для обеспечения необходимого срока службы насоса.

Устройства по поддержанию нейтрального положения диафрагмы (иначе называемая системой компенсации утечек — СКУ) позволяют регулировать объем рабочей жидкости в диафрагменной камере, добавляя ее туда или сбрасывая избыток в сливную линию силового насоса. При использовании такой системы потери рабочей жидкости минимальны, однако наличие такой системы усложняет конструкцию насоса. В других случаях может быть применена комбинированная система, при которой недостаток рабочей жидкости в диафрагменной камере компенсируется из гидравлической системы насоса, а избыток — сбрасывается в нагнетательный канал диафрагменного насоса. Конкретный выбор одного из способов поддержания нейтрального положения диафрагм зависит от конструкции насоса и, в частности, от конструкции диафрагм.

Как уже указывалось выше, одной из наиболее важных частей насоса является диафрагма. Часто именно ее долговечность определяет долговечность насоса, так как клапаны имеют достаточный ресурс и их конструкция хорошо отработана, а приводная часть насоса отделена от агрессивной среды диафрагмой и поэтому имеет также высокие показатели долговечности. Так как особенности исполнения диафрагм зависят от конструкции насоса, то в начале рассмотрим их.

Скважинные диафрагменные насосы могут быть как одностороннего, так и двустороннего действия. Насосы одностороннего действия позволяют значительно упростить конструкцию и уменьшить габариты. Однако, при этом появляется значительная неравномерность загрузки привода, что снижает его КПД и надежность. Этот недостаток можно существенно ослабить при применении рекуператоров энергии холостого хода. При этом снижается необходимая установочная мощность привода, и улучшаются условия его работы, повышается общий КПД. В то же время наличие рекуператора усложняет конструкцию насоса. Кроме того, выход из строя рекуператора приводит к прекращению работы насоса. Поэтому насосы одностороннего действия изготавливаются небольшой мощности (3—5 кВт) (рис. 7.21).

Насосы двухстороннего действия имеют при одной и той же установочной мощности электродвигателя подачу в 1,5—1,7 раз большую, чем насос одностороннего действия, из-за отсутствия холостого хода и более равномерную нагрузку на электродвигатель. Поэтому этот принцип может быть рекомендован при изготовлении насосов большой мощности (свыше 5 кВт).

В насосах используются различные конструкции диафрагм.

Плоская — наиболее простая и технологичная форма диафрагмы. При использовании гидравлического привода легко устанавливается точка наибольшего прогиба, что упрощает проектирование устройств компенсации. К недостаткам данной конструкции относится небольшая предельно допустимая величина прогиба подобных диафрагм, что делает затруднительным применение их в насосах, рассчитанных на большие подачи (свыше 20 м 3 /сут).

Сильфон — этот тип диафрагм позволяет изменять объем диафрагменной камеры в несколько раз. Кроме того, величина и направление изменения ее объема могут легко контролироваться, что облегчает создание устройств компенсации смещения нейтрального положения диафрагмы при гидравлическом приводе. К недостаткам данной конструкции следует отнести сравнительно большой мертвый объем, а также значительные деформации материала диафрагмы в местах перегибов гофр. Кроме того, при определенных условиях диафрагмы сильфонного типа могут терять свою устойчивость и складываться не по длине, а поперек. Эти диафрагмы могут быть рекомендованы для насосов большой производительности (свыше 20 м 3 /сут).

Цилиндрическая — эти диафрагмы также позволяют изменить объем диафрагменной камеры в несколько раз, причем при этом не образуется мест с высокой степенью деформации. Кроме того, эти диафрагмы более просты по конструкции, чем сильфонные. Однако, при применении цилиндрических диафрагм трудно определить направление их максимального прогиба, что затрудняет проектирование устройств компенсации. В целом применение подобных диафрагм оправдано при проектировании насосов на большие подачи и давления (рис. 7.22).

Различаются насосы и количеством диафрагм. Количество диафрагм зависит как от типа насоса — одностороннего или двухстороннего действия, так и от его конструкции. Например, рабочие диафрагмы, деформация которых изменяет объем рабочих камер, и вспомогательные, связанные с устройством компенсации. В целях увеличения надежности насоса могут быть установлены двойные диафрагмы, так, чтобы прорыв одной из них не вывел бы насос из строя. Таким образом, количество диафрагм диктуется очень большим числом факторов. В нефтяной промышленности нашли применение одно- и двухдиафрагменные насосы.

Диафрагмы, используемые при добыче нефти, изготовлены из эластичных материалов. Условия эксплуатации предъявляют целый ряд требований к выбору материала. Во-первых, материал должен быть стоек к действию нефти и пластовой воды, имеющей, как правило, кислую реакцию. Во вторых, материал должен быть износостоек к абразивному действию механических примесей (зачастую с высокой твердостью), содержащихся в до­бываемой жидкости. В третьих, материал должен выдерживать большое количество циклов нагружения. Как правило, для изготовления диафрагм используется маслобензостойкая резина.

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 2463 ; Нарушение авторских прав? ;

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