Анализ особенностей эксплуатации скважинного оборудования УЭЦН

ВВЕДЕНИЕ	6
1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТОЦЕНТРОБЕЖНЫХ
НАСОСОВ	9
1.1 Анализ отечественных конструкций	9
1.2 Анализ зарубежных конструкций	22
1.2.1 Погружные насосы фирмы "ESP" (США)	32
1.2.2  Погружные насосы предприятия ZTS (Словакия)	34
1.3 Выбор и обоснование прототипа	34
1.4 Анализ соединений насосов типа ЭЦН	38
1.5 Патентная проработка	42
2  Анализ особенностей эксплуатации скважинного оборудования УЭЦН	44
2.1 Эксплуатация УЭЦН	44
2.2 Соединение до модернизации	48
2.3 Соединение после модернизации	49
3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ	51
3.1 Расчет рабочего колеса	51
3.2 Расчет направляющего аппарата	55
3.6 Проверочный расчет шпоночного соединения	58
3.8 Расчет вала	60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………... 64
ЛИТЕРАТУРА	65












ВВЕДЕНИЕ

 Российская Федерация – одна из крупнейших стран, осуществляющих добычу, переработку и поставку углеводородного сырья на мировой рынок природных ресурсов. Не секрет, что экономика Российской Федерации непосредственно зависит от объемов добычи нефти и газа.
 Сорок лет назад среди болот и тайги, в северной глубинке с многовековой историей разведчики недр открыли кладовые углеводородного сырья. С этого момента исчисляется новая история края – Западная Сибирь сегодня является основой российской нефтяной индустрией.
 Работа в условиях рыночной экономике требует от предприятий нефтегазовой промышленности повышения экономической эффективности производства, конкурентоспособности продукции и услуг на основе внедрения достижений научно – технического прогресса.
 Одним из видов современного оборудования, предназначенного для добычи нефти, являются скважинные электроцентробежные насосы (ЭЦН). Они должны обеспечивать эксплуатацию нефтяных скважин малого диаметра и большой глубины и длительную и безотказную работу  жидкостях, содержащих коррозионные элементы и механические примеси, преимущественно в виде песка.
 Широкий диапазон параметров по подаче и напору, продолжительный межремонтный период и высокий коэффициент эксплуатации скважин позволили центробежным насосам занять ведущее место в механизированной добыче нефти. Кроме того, важным преимуществом ЭЦН является простота его обслуживания и возможность монтажа в любых климатических условиях, в любой местности,  том числе затопляемой, в условиях заболоченности, в любой период года и сразу же после бурения скважины, так как монтаж такой установки не требует сооружения фундаментов, производства подготовительных работ и т.п. ЭЦН успешно работают в наклонных скважинах.



       Вышеуказанные факторы влияют на работу УЭЦН, что в конечном итоге сказывается на себестоимости добываемой нефти.
       Одним из эффективных путей улучшения технико – экономических показателей нефтедобычи является повышение надежности скважинного и наземного оборудования.
 
 Цель дипломного проекта: Разработать погружной электроцентробежный насос на заданную подачу с улучшенным соединением секций.







































1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ
НАСОСОВ

  1.1 Анализ отечественных конструкций

  В зависимости от условий эксплуатации, т.е. от количества различных компонентов, содержащихся в откачиваемой жидкости, разработаны установки обычного исполнения (УЭЦН), с повышенной коррозионной стойкостью (УЭЦНК) и повышенной износостойкости (УЭЦНИ). Модульную установку выпускают в двух исполнениях:  обычная УЭЦНМ и коррозионно-стойкая УЭЦНМК.
  В  зависимости   от    поперечных    размеров    применяемых  в   комплекте установок погружных центробежных электронасосов, электродвигателей, насосов и кабельных линий установки условно делятся на группы 5, 5А и 6 и предназначены для эксплуатации скважин с внутренними диаметрами обсадных колонн не менее: группа 5-121,7 мм, группа 5А-130 мм, группа 6-144,3 мм и 148,3 мм для установок УЭЦН6-500-1100 и УЭЦН6-700-800. Отечественной промышленностью выпускается: 13 установок группы 5 номинальной подачей от 40 до 200 м3/сутки и напором от 1200 до 1800 метров; 19 установок группы 5А номинальной подачей от 100 до 500 м3/сутки и напором от 800 до 1750 метра и 7 установок группы 6 номинальной подачей от 250 до 700 м3/сутки и напором от 750 до 1600 метров. При этом коэффициент полезного действия (КПД) насосов составляет: для группы 5 от 39,6 до 58,5; для группы 5А от 51 до 60,7% и для группы 6 от 49 до 63%. Частота вращения ротора насоса колеблется от 2770 до 2880 оборотов в минуту (2,3,5(. 
В модульном исполнении выпускается:
33 установки группы 5, из них 3 номинальной подачей 20 м3/сутки напором от 1200 до 1850метров, 



6 номинальной подачей 50 м3/сутки напором от 1000 до 2000 метров, 7 номинальной подачей 80 м3/сутки напором от 900 до 2000 метров, 8 номинальной подачей 125 м3/сутки напором от 750 до 1800 метров и 9 номинальной подачей 200 м3/сутки напором от 650 до 1400 метров;
38 установок группы 5А, из них 7 номинальной подачей 160 м3/сутки напором от 800 до 1750 метров, 11 номинальной подачей 250 м3/сутки напором от 800 до 1800 метров, 11 номинальной подачей 400 м3/сутки напором от 550 до 1250 метров и 9 номинальной подачей 500 м3/сутки напором от 500 до 1000 метров;
47 установок группы 6, из них 6 номинальной подачей 250 м3/сутки напором от 900 до 1800 метров,  7 номинальной подачей 320 м3/сутки напором от 750 до 1550 метров, 8 номинальной подачей 500 м3/сутки напором от 750 до 1400 метров, 7 номинальной подачей 800 м3/сутки напором от 700 до 1100 метров, 10 номинальной подачей 1000 м3/сутки напором от 600 до 1000 метров и 9 номинальной подачей 1250 м3/сутки напором от 600 до 900 метров.
КПД насосов составляет для группы 5 от 43 до 51,5 %; для группы 5А от 54,5 до 61,5 % и для группы 6 от 56 до  64 %.
По принципу действия скважинный  центробежный электронасос (ЭЦН) не отличается от обычного центробежного насоса. Отличие состоит только в том, что он секционный, многоступенчатый, с малым диаметром рабочих колёс и направляющих аппаратов. Выпускаемые в основном для нефтяной промышленности погружные насосы содержат от 130 до 415 ступеней.
По диаметрам и поперечным размерам насосы делятся на три условные группы: 5, 5А и 6.
В группу 5 входят насосы с наружным диаметром корпуса 92 мм, группу 5А - 103 мм, группу 6 - 114 мм.
НПО «Борец» г. Москва выпускает 13 установок в модульном исполнении.
Шаг напоров установок составляет 50-100 м до 200-250 м, в зависимости от подачи. Основные параметры приведены « в таблице 1.1»
Установки погружных насосов в модульном исполнении отличаются

высокими показателями надежности и повышенной эффективностью при
эксплуатации скважин с температурой пластовой жидкости до +900С, а специального теплостойкого исполнения до +1400С.
  Модернизированные насосы имеют:
 - резьбовую ловильную головку;
 - соединение секций насосов между собой по типу фланец-корпус;
 - промежуточные радиальные подшипники на насосах ЭЦНМ5-20,
ЭЦНМ5-30, ЭЦНМ5-50, ЭЦНМ5-80;
раздельные обратные и сливные клапаны, обратный клапан в герметичном исполнении

Таблица 1.1-Основные параметры насосов НПО «Борец»

Группа
насоса
Подача,
м3/сут
Напор насоса
min, м
Напор насоса
max, м
КПД
%
5
20
850
2000
27
5
30
1000
2000
36
5
50
100
2000
43
5
80
900
2000
52
5
125
750
1800
58,5
5
200
650
1400
50
5А
160
800
1750
61
5А
500
500
1000
54
6
250
900
1800
63

Лебедянский машиностроительный завод выпускает погружные электро-  насосы разработки фирмы «Коннас» г. Москва. Насосы делятся на четыре условные группы в зависимости от агрегата, технические характеристики приведены «в таблице 1.2».


Таблица 1.2-Основные параметры насосов фирмы «Коннас»

Тип насоса
Диаметр корпуса, мм
Подача, м3/сут
Напор, м
4-50
86
25-70
700-2280
4-125
86
105-165
365-1900
4-200
86
150-205
310-1650
5-80
92
60-165
490-2080
5-125
92
105-165
330-1965
5-200
92
150-265
360-1670
5А-160
103
125-205
502-1905
5А-250
103
195-340
475-2045
5А-400
103
300-440
475-1540
6-250
114
200-340
590-1940
6-800
114
550-925
535-1255

Насосы комплектуются модулями газосепараторами, позволяющими откачивать пластовую жидкость с газосодержанием до 50-55%, при                содержании свободного газа в зоне подвески погружного агрегата более 25% по объему.
Преимущества установок:
-возможность точного подбора оборудования к технологическому режиму скважины;
-широкая область применения по газосодержанию на приёме насоса.
Альметьевский насосный завод АО «Алнас» выпускает 13 типов погружных электронасосов « в таблице 1.3». Все типы насосов могут быть выполнены:
-коррозионно-стойкими;
-с приёмной сеткой и ловильной головкой на секции;
-с фланцевым соединением секций;
-с соединением секций типа фланец-корпус.

    Таблица 1.3-Технические характеристики насосов АО «Алнас»
Обозначение
Подача в рабочей 
зоне, м3/сут
Напор максимальный
, м
Потребляемая
Мощность, кВт
ЭЦНМ5-10
8-27
2000
12,3
ЭЦНМ5-200
150-265
1400
64
ЭЦНМ5А-160
125-205
1250
57
ЭЦНМ5А-400
300-440
1100
123
ЭЦНМ6-800
550-925
900
175

Насосные установки АО «Алнас» могут снабжаться:
-электродвигателями ПЭД мощностью от 16 до 80 кВт и ПЭДС мощностью от 90 до 360 кВт;
-протекторами МП51, МП52, МП62;
-компенсаторами МК51, МК52;
-газосепараторами 1МНГ5, МНГ5А;
-отечественными и зарубежными (фирма «Керайт») силовыми кабелями;
-станциями управления нового поколения, различающихся по функциональным возможностям, нерегулируемые, с фазовым регулированием, с частотным регулированием для управления асинхронными двигателями;
-пускорегулирующими устройствами, обеспечивающими мягкий пуск двигателя.
Для эксплуатации искривлённых и наклонно-направленных скважин АО «Алнас» предлагает погружное оборудование со значительно меньшими длинами модулей по сравнению с существующими аналогичными видами погружного оборудования.
Погружные электронасосные установки состоят из модуль-секции  с присоединенными снизу входным модулем, а сверху модуль-головкой. Число секций в насосе от 1 до 4-х.
Насосы, предназначенные для работы в составе установки с газосепараторами, кроме газосепараторов типа 1МНГ, не имеют входного модуля. Соединение модулей между собой и входного модуля с протектором  фланцевое. Уплотнение соединений осуществляется резиновыми кольцами.

Рисунок 1.1 Модульсекция насос:
1 – корпус; 2 – вал; 3 колесо рабочее; 4  аппарат направляющий; 5  подшипник верхний; 6  подшипник нижний; 7  опора осевая верхняя; 8  головка; 9 – основание; 10 – ребро; 11, 12, 13  кольца резиновые

Модуль-секция состоит из корпуса 1, вала 2, пакета ступеней (рабочих колес 3 и направляющих аппаратов 4), верхнего и нижнего   радиальных   подшипников, 
верхней осевой опоры, головки 5, основания 6 и двух ребер. Пакет ступеней (от 80 до 200 направляющих аппаратов и рабочих колес) с валом, радиальными подшипниками  и осевой опорой  помещаются в корпусе и зажимаются концевыми  деталями  с  цилиндрической резьбой.
  Входной модуль состоит из основания с отверстиями для прохода пластовой жидкости, на которое в зоне входных отверстий установлена сетка, предотвращающая попадание в полость
насоса крупных частиц. В подшипниках основания вращается вал, который шлицевыми муфтами соединяется с валом секции насоса и валом протектора.
Модуль-головка 7 представляет собой корпус, с одной стороны которого выполнена внутренняя коническая резьба для соединения с обратным клапаном или с нижней трубой насосно-компрессорной колонны (НКТ), с другой - фланец для соединения с модулем секцией. В насосах обычного и коррозионно-стойкого исполнения  в качестве материала рабочих органов используется чугун аустенитный модифицированный 4Н16Д7ГХШ типа “нирезист”.
  Устанавливаются промежуточные радиальные подшипники. В концевых и промежуточных подшипниках используется пара трения резина 3825с - 
силицированный графит СГ-П.
  Осевая опора вала секции изготавливается из износостойкого материала силицированный графит СГ-П или карбид кремния.
  Для разгрузки вала от осевой силы применяется плавающее рабочее колесо. Рабочее колесо в насосе не фиксируется на валу в осевом направлении и удерживается от проворота призматической шпонкой. Колесо может свободно перемещаться в осевом направлении в промежутке, ограниченном опорными поверхностями направляющих аппаратов.
Колесо опирается на индивидуальную для каждой ступени осевую опору, состоящую из опорного бурта направляющего аппарата предыдущей ступени и антифрикционной износостойкой шайбы, запрессованной в расточку рабочего колеса; при этом утечка через переднее уплотнение колеса практически равна нулю.
  Двух опорная конструкция ступени имеет по сравнению с одноопорной ступенью, повышенный ресурс индивидуальной нижней пяты ступени, более
 надежную изоляцию вала от абразивной и коррозионно-агрессивной протекающей жидкости, увеличенный ресурс работы и большую жесткость вала насоса из-за увеличенных осевых длин межступенчатых уплотнений, служащих в ЭЦН помимо уплотнения дополнительными радиальными подшипниками.
  В насосах типа ЭЦН и ЭЦНК используются ступени с одними и теми же проточными частями. Ступени в насосах разного исполнения отличаются друг от друга материалами рабочих органов, пар трения и некоторыми конструктивными элементами.
 При работе насоса осевые усилия от рабочих колес передаются на направляющие аппараты и на корпус насоса.
  При этом на вал насоса действует осевая сила от торца вала и осевая сила, 
действующая на рабочие колеса, прихваченные к валу из-за наличия в
 пластовой жидкости коррозионно-активных элементов и механических примесей. Для восприятия осевых сил, действующих на вал, в конструкции насоса предусматриваются осевые опоры.
  В модуль-секции насоса обычного исполнения применяется упорный подшипник, состоящий из кольца с сегментами на обоих плоскостях, устанавливаемого между двумя гладкими шайбами .
Сегменты на шайбе пяты  выполнены с наклонной поверхностью с  углом ?=50-70. Для компенсации неточностей изготовления под гладкие кольца 
помещены эластичные резиновые шайбы-амортизаторы,  запрессованные в верхнюю  и нижнюю  опоры. Осевая сила от вала передается через пружинное кольцо опоры вала и дистанционную втулку упорному подшипнику.
  Кольцо с сегментами   для   насосов обычного исполнения изготавливается из графитизированног  бель-тинга, гладкие шайбы  из стали 40Х13.
  Упорные подшипники допускают удельные нагрузки до 3 МПа. В осевых опорах износостойких насосов используются   более износостойкие  материалы трущихся пар: силицированный графит СГ-П по силицированному графиту 
СГ-П или карбид кремния по карбиду кремния.
  В каждой модуль-секции насоса обычного исполнения вал имеет два радиальных подшипника: верхний и нижний. Используемые материалы: сталь 40Х13, латунь ЛбЗ.
  В модуль-секции износостойкого насоса, кроме двух крайних, используются промежуточные радиальные подшипники, устанавливаемые через каждый метр. Материал пар трения: силицированный графит СГ-П или карбид кремния по нефтестойкой резине.
  Большое количество свободного газа, попадающего в скважину непосредственно из пласта либо выделяющегося из нефти, уже растворенного, а колонне в результате образования благоприятных для этого условий, сильно затрудняет эксплуатацию скважин погружными центробежными насосами (2(. При этом резко ухудшается характеристика насоса: снижаются его подача, напор и КПД. Работа насоса становится неустойчивой.
  Для борьбы с вредным влиянием газа на работу ЭЦН разработан специальный газосепаратор. Он основан на принципе разделения жидкости и газа под действием центробежных сил и представляет собой вмонтированное в насос устройство, состоящее из ступени вихревого самовсасывающего насоса, завихрителя, камеры разделения и колокола с системой боковых и радиальных каналов. Газосепаратор монтируется в нижней части насоса между приёмной частью и первым рабочим колесом, а в модульном насосе – 

между входным модулем и модулем-секцией. Газосепаратор выпускают в 
двух исполнениях: обычный МНГ и повышенной коррозионной стойкости МНГК (2,3(.
  Газосепараторы типов 1МНГ5 и 1МНГК5 применяют с насосами группы 5 всех типоразмеров, газосепараторы типов МНГ5А и МНГК5А - с насосами группы 5А с подачей до 400 м3/сутки, газосепараторы типов 1МНГ6 и 1МНГК6 - с насосами группы 6 с подачей до 500 м3/сутки « в таблице 1.4».

             Таблица 1.4-Техническая характеристика газосепараторов МНГ

Показатели
1МНГ5
1МНГК5
МНГ5А
МНГК5А
1МНГ6
Подача, м3/сут
250
250
400
400
500
Напор, м
4
4
4,6
4,6
8
Мощность, кВт
1,2
1,2
1,55
1,55
3,4
Коэффициент сепарации, %
90
90
90
90
90
Масса, кг
26,1
26,6
34,2
34,7
42


Рисунок  1.2 Газосепаратор:

1 – головка; 2 – переводник; 3 – сепаратор; 4 – корпус; 5 – вал; 6 – решетка; 7  направляющий аппарат; 8 – рабочее колесо; 9 – шнек; 10 – подшипник; 11  основание

 
   Газосепаратор устанавливается между входным модулем и модулем-секцией. Наиболее эффективны газосепараторы центробежного типа, в 
которых фазы разделяются в поле центробежных сил. При этом жидкость концентрируется в периферийной части, а газ - в центральной части газосепаратора и выбрасывается в затрубное пространство. Газосепараторы серии МНГ имеют предельную подачу 250?500 м3/сут, коэффициент сепарации 90%, массу от 26 до 42 кг.
   Погружной электродвигатель (ПЭД) - трёхфазный асинхронный короткозамкнутый маслонаполненный, вертикального исполнения предназначен для привода скважинных центробежных насосов и работы в 
среде пластовой жидкости (смесь нефти и попутной воды в любых пропорциях) с температурой до 110?С « в таблице 1.5». Электродвигатели имеют диаметры корпусов 103, 117, 123 и 138 мм и большую длину (до 8 метров).
 Выпускаются двигатели серии ПЭД и ЭД. Конструктивно они могут быть однокорпусные или двухсекционные. Корпуса секций соединяют с помощью фланцев, валы - с помощью шлицевой муфты.
  Погружные двигатели серии ПЭД изготовляют в исполнениях Б и Л, в обычном и коррозионно-стойком исполнениях унифицированной серии ПЭДУ и в обычном исполнении серии ПЭД модернизации Л. Погружные двигатели серии ЭД изготовляют в обычном и коррозионно-стойком исполнениях (5(.
  Погружной электродвигатель состоит из статора, ротора, головки и основания. В головке размещён упорный подшипник, состоящий из подпятника и пяты, а также установлена колодка кабельного ввода.
  В процессе работы электродвигатель нагревается. Для охлаждения и смазки опор двигатель заполняют специальным маловязким, высокой диэлектрической прочности маслом марки МА-ПЭД. Для принудительной циркуляции масла внутри электродвигателя на валу ротора установлена турбинка. Для очистки масла от механических примесей в основании.

Таблица 1.5-Характеристики погружных электродвигателей серии ПЭДУ

Тип
Мощность, кВт
Габарит, мм
Напряжение, В
Частота 
Вращения, об/мин
КПД,
%
Масса,
кг


ПЭДУ 22-103В5
22
103
700
3000
80,5
266
ПЭДУ 22-103ДВ5
22
103
700
3000
80,5
269
ПЭДУ 32-103В5
32
103
1000
3000
80,5
349
ПЭДУ 32-103ДВ5
32
103
1000
3000
80,5
353
ПЭДУ 45-103В5
45
103
1050
3000
79,5
397
ПЭДУС 63-103ДВ5
63
103
1050
3000
79,5
400


Рисунок 1.3  Электродвигатель серии ПЭДУ:
1 – соединительная муфта; 2 – крышка; 3 – головка; 4 – пятка; 5 – подпятник; 6  крышка кабельного ввода; 7 – пробка; 8 – колодка кабельного ввода; 9 – ротор; 10 – статор; 11 – фильтр; 12 – основание

  Гидрозащита состоит из протектора и компенсатора. Протектор устанавливают между насосом и электродвигателем, а компенсатор 

присоединяют к основанию электродвигателя « в таблице 1.6».
     Протектор - устройство, обеспечивающее соединение корпуса насоса с корпусом электродвигателя, передачу крутящего момента от вала электродвигателя к валу насоса, защищающего внутреннюю полость электродвигателя от попадания пластовой жидкости (5(.

     Компенсатор - устройство, обеспечивающее компенсацию естественных утечек масла, заполняющего полость электродвигателя, установление давления в полости двигателя на уровне давления окружающей среды, компенсацию изменения объёма масла при нагреве и охлаждении двигателя.
     Гидрозащита может быть изготовлена в следующих исполнениях: 1Г51М и 1Г62, состоящая из протектора, размещённого над электродвигателем, и компенсатора, присоединяемого к нижней части электродвигателя;  1Г53 и 1Г63, состоящая из двух камер, нижнюю камеру и электродвигатель заполняют жидким диэлектриком, верхнюю камеру заполняют тяжёлой барьерной жидкостью; лабиринтный протектор ПЛ103 и ПЛ123, изготавливаемый в виде двух кольцевых концентрично расположенных камер, из которых внутреннюю заполняют жидким диэлектриком, а наружную - барьерной жидкостью.
    
 Протектор П92, ПК92 и П114 состоит из двух камер, верхняя камера заполнена тяжёлой барьерной жидкостью, нижняя - маслом, что и полость электродвигателя. Протектор П92Д, ПК92Д и П114Д состоит из двух камер, образованных эластичными элементами (резиновыми диафрагмами). 

Таблица 1.6-Технические характеристики гидрозащит

Тип
Обьём масла
МА-ПЭД, л
Объем барьерной
жидкости, л
Передаваемая мощность, кВт
Монтажная длина, м
Масса, кг
92, ПК92
5
2
125
2200
53
92Д, ПК92Д
6,5
0,15
125
2200
59
114,ПК114
5
4
250
2300
53
114Д, ПК114Д
8
0,25
250
2300
59


Рисунок 1.4  Гидрозащита:
а – открытого типа; б – закрытого типа
А – верхняя камера; Б – нижняя камера; 
1 – головка; 2 – торцевое уплотнение; 3 – верхний ниппель; 4 – корпус; 5 – средний ниппель; 6 – вал; 7 – нижний ниппель; 8 – основание; 9  соединительная трубка; 10 – диафрагма

  1.2 Анализ зарубежных конструкций

  Одними из самых распространённых импортных насосов являются насосы фирм  Рэда, Центрлифт, Оди [5,6,7,8,9].
  Фирма Рэда выпускает насосы типа A, AN, DN и GN. В условном обозначении насоса первая буква обозначает серию (наружный диаметр в дюймах, умноженный на 100): А-338 серия, D-400 серия, G-513 серия. Вторая буква “N” обозначает материал рабочих органов нирезист. Отсутствие буквы “N” показывает, что рабочие колеса изготовлены из материала райтон.
Техническая характеристика приведена «в табл. 1.4»
 Последующее после букв число обозначает номинальную подачу насоса в баррелях/сутки при частоте вращения 3500 мин-1.
  Насосы выпускаются для работы в следующих условиях:
-мало агрессивная, неабразивная продукция;
- агрессивная, неабразивная продукция;
- малоагрессивная, абразивная продукция;
-агрессивная, абразивная продукция;
- высокотемпературная (до 288 °С) продукция.
  Разные исполнения насосов отличаются:
-конструкцией и используемыми материалами ступеней и их элементов;
-конструкцией и материалами осевых и радиальных опор валов насоса;
-материалом валов;
-материалом корпусных деталей.
Таблица 1.7-Технические характеристики насосов Рэда

Серия
Наружный диаметр, мм
Тип насоса
Мощность на валу насоса, кВт
Диапазон подачи, м3/сутки
338
85,9
A
27 - 104
13 - 265
400
101,6
D
37 - 213
13 - 689
540
130,3
G
213 - 531
159 - 1590
562
142,7
HN
313
1219 - 2400
675
171,5
JN
531
861 - 3312
862
218,95
M
531
1590 - 4304
950
241,3
N
830
3180 - 6293
1000
254,0
N
830
4637 - 7816
1125
285,75
P
830
7100 - 12700

Для скважин, в которых вместе с продукцией поступает песок, фирма "Рэда памп" поставляет специальные износостойкие насосы (тип AR), имеющие длительный срок эксплуатации [ 16] . Муфты и переводники, расположенные в верхней части насоса, изготовлены из закалённых сплавов на всех его ступенях, обеспечивают надёжную работу вала и сопротивление абразивному износу. Для особо абразивных условий фирма "Тэда памп" предлагает насосы из специальных износостойких сплавов (тип ARA). Рабочие колёса и диффузоры этих насосов отлиты из закалённых высокохромистых сплавов.
Поперечные усилия в модуль-секции насоса, предназначенного для откачки неабразивной жидкости, воспринимаются двумя концевыми радиальными подшипниками, корпуса которых размешены в головке и корпусе модуля (рисунок. 1.5) входного. 
В радиальных подшипниках использована пара трения "нирезист (втулка) — К-монель (вал)". Неподвижной опорой верхнего подшипника служит запрессованный в головку корпус подшипника, а в нижнем подшипнике неподвижная втулка из нирезиста запрессована в корпус подшипника.
Кроме того, поперечные усилия в модуль-секции воспринимаются ступенными радиальными подшипниками, функции которых выполняют межступенные уплотнения, образованные ступицами рабочих колес и расточками направляющих аппаратов.
В насосах используются как ступени двухопорные с цилиндрическими лопатками, так и одноопорные с наклонно-цилиндрическими лопатками (ступени диагонального типа), с разгруженными рабочими колесами.

Рисунок. 1.5 Секция насоса фирмы REDA.
1 — головка; 2 — верхний подшипник; 3 — верхнее полукольцо; 4 — стяжная гайка; 5 — вал; 6 - распертое рабочее колесо; 7 — нижнее полукольцо; 8 — корпус; 9 — плавающее рабочее колесо; 10 — направляющий аппарат; 11 — нижний подшипник; 12 — основание; 13 — шлицевая муфта.
  Для работы с абразнвосодержащей продукцией с различной степенью концентрации механических примесей фирма предлагает конструкции модуль-секшш насосов: ES и ARZ. В модуль-секция насоса типа ES используются керамические подшипники стандартной жесткой конструкции, помещаемые в головке и основании. Кроме концевых керамических подшипников, могут быть применены аналогичные промежуточные подшипники (тип ES PL us).
Для работы с абразивосодержашей продукцией высокой концентрации механических примесей фирма рекомендует использовать конструкцию модуль-секции и входного модуля типа ARZ. включающую запатентованную подшипниковую систему, в основе которой плавающая подшипниковая секция с циркониевыми керамическими подшипниками (рисунок 1.6).
Циркониевая керамика имеет высокую износостойкость в абразивной среде и высокую ударную прочность (в 7 раз выше карбида кремния). Эти качества и амортизирующая способность плавающей системы, благодаря уплотнительным кольцам из эластичного материала "афлас", повышают износостойкость насосов ARZ в абразивной среде.
Циркониевая керамика может работать в серной кислоте и двуокиси углерода, имеет хорошие смазывающие свойства и сохраняет структуру при температуре до 530 °С. Твердость материала — около 1230 единиц по Викерсу, тогда как твердость песка — 800 единиц.

Рисунок 1.6  Конструкции ступеней погружных многоступенчатых центробежных насосов фирмы «Реда памп»
а – ступень с плавающим рабочим колесом с одной опорой;
б – двухопорная ступень с плавающими рабочими колёсами;
в – ступень с плавающими рабочими колёсами и разгрузочным диском;
г – ступень с распертыми рабочими колёсами в верхней части насоса и плавающим в нижней;
1 – вал насоса; 2 -  корпус насоса; 3 – направляющий аппарат, 4 – верхняя шайба; 5 – рабочее колесо; 6 – осевая опора ступени; 7 – шпонка; 8 – вторая осевая опора; 9 – разгрузочные отверстия; 10 – запорное кольцо.
Ступень с плавающим колесом и разгрузочными отверстиями, рисунок 1.6 «в», имеет отверстия на заднем диске рабочего колеса. Такая ступень называется с разгрузочным рабочим колесом. Разгрузочные отверстия снижают осевую силу, возникающую в рабочих колесах до 25%, но и уменьшают к.п.д. насоса на 4%. Такие ступени применяются для легких условий эксплуатации насосов в скважине.
Ступень с «распертыми» рабочими колесами в верхней части насоса и плавающими в нижней части представлена на рисунке 1.6 «г». В направляющем аппарате такой конструкции рабочее колесо 5 строго фиксируется в осевом положении на валу насоса 1 с помощью упоров 10, закрепленных в выточках на валу насоса 1. 
Таким образом, рабочее колесо удерживается от осевого перемещения, образуя пяту, у которой опорная поверхность рабочего колеса ложится на соответствующую опорную поверхность направляющего аппарата. Так, часть рабочих колес (до 40%), расположенных в верхней части насоса, строго фиксируются в осевом положении на валу с помощью упоров, закрепленных в выточках на валу насоса. Таким образом, верхняя часть рабочих колес удерживается от осевого перемещения, образуя многорядную пяту, у которой каждая опорная поверхность рабочего колеса передает осевую нагрузку от вала насоса на соответствующую   опорную   поверхность   направляющего   аппарата. Направляющие аппараты, неподвижно закрепленные в корпусе, передают эту нагрузку на корпус насоса.
Многорядное расположение закрепленных опорных поверхностей иногда называют «гребенчатым». В некоторых случаях по требованию заказчика фирмы изготавливают насосы с «распертыми» рабочими колесами по всей длине вала.
В насосах фирмы REDA используются как ступени двухопорные с цилиндрическими лопатками, так и одноопорные с наклонно-цилиндрическими лопатками (ступени диагонального типа), с разгруженными, рабочими колесами.
В модуль-секции насоса типа ES используются керамические подшипники стандартной жесткой конструкции, помещаемые 
в головке и основании. Кроме концевых керамических подшипников, могут быть применены аналогичные промежуточные подшипники (тип ES PLus).
  Фирма Центрлифт выпускает насосы типа DC, FS, FV, FC, GC. В условном обозначении насоса первая буква обозначает серию: D-338 серия, F-400 серия, G-513 серия. Вторая буква в условном обозначении означает конструктивную модификацию насоса. Число после буквенного обозначения показывает номинальную подачу насоса в баррелях/сутки при частоте вращения 3500 мин-1.

Таблица 1.8-Технические характеристики насосов Центрлифт

Серия
Наружный диаметр, мм
Количество типоразмеров
Мощность на валу, кВт
Номинальная подача, м3/сутки
338
85,9
2
50,0
104; 179
400
101,6
10
122,3
50 - 755
513
130,3
8
153,6 - 373,0
159 - 1139
562
142,9
1
373
1987
675
171,5
4
248; 373
954 - 2755
875
222,3
2
373; 466
2782; 3245
1025
222,3
2
466
4835; 5696

  Конструкция насосов фирмы многосекционная. Конструктивно секции отличаются друг от друга незначительно: верхняя секция имеет ловильную головку, в нижнюю секцию вместо основания присоединяется входной модуль или газосепаратор. Во всех секциях имеются верхние радиальные подшипники с парой трения бронза-нирезист. Кроме того, в секции помещены промежуточные подшипники, образуемые фигурной обрезиненной втулкой и расточкой направляющего аппарата.

  Во входном модуле и газосепараторе устанавливаются  радиальные 
подшипники с парой трения бронза-закаленная сталь.
  Фирма Центрлифт, как и Рэда, изготавливает рабочие колеса, направляющие аппараты и валы модуль-секций из коррозионно-стойких материалов, а корпуса секций, ловильные головки и входные модули из углеродистой стали. Для агрессивных сред фирма выпускает модуль-секции с корпусами, наружные поверхности которых защищены специальным покрытием. При необходимости насосы могут быть целиком изготовлены из легированных сталей.
  Фирма Оди изготавливает насосы конструктивных различных исполнений: стандартная конструкция и конструктивные исполнения, предназначенные для различного содержания песка в откачиваемой жидкости.
Фирма выпускает насосы типа R, RA, RB, RC и К. Условное обозначение насосов фирмы несколько отличается от обозначений насосов других фирм США. 
В условном обозначении насоса первая буква означает серию (диаметр обсадной колонны скважины, для эксплуатации которой предназначен насос, в дюймах, умноженный на 10): R-55 серия, К-70 серия. Вторая буква, если она имеется, обозначает модификацию насоса. Последующие после букв числа обозначают номинальную подачу насоса в баррелях/сутки, уменьшенную в 100 раз, при частоте вращения 3500 мин-1.
  Конструктивно стандартный насос фирмы Оди компонуется из нижней, средней и верхней секций. Конструктивные отличия секций насоса фирмы Оди  незначительные.
  Нижняя секция насоса отличается от верхней и средней наличием приемной 
сетки и нижнего подшипника. 
Особенностью вала нижней секции по сравнению с валами верхней и средней секций является увеличенный размер шлицевого конца вала за счет приваренной к нему втулки с наружными шлицами. 
Соединение валов секций-эвольвентное.

Осевая сила, действующая на валы, передается с вала на вал каждой секции, 
(все валы имеют возможность перемещаться в осевом направлении в пределах 10 - 12 мм) и воспринимается помещенной в протекторе осевой опорой, как в установках фирм Рэда и Центрлифт.
  Поперечные силы воспринимаются радиальными подшипниками. В каждой 
секции насоса имеется верхний подшипник с парой трения: бронза (защитная втулка вала) по нирезисту. В нижней секции насоса, кроме верхнего радиального подшипника установлен нижний подшипник (закаленная сталь по бронзе). Кроме того, через определенное количество ступеней размещается бронзовая втулка, составляющая промежуточный подшипник с расточной направляющей аппарата. В насосах фирмы используют ступени двух опорной конструкции.
  Основные детали насоса изготавливаются из следующих материалов:  корпус, головка, основание - из углеродистой стали. Для защиты от H2S и СО2 корпуса могут изготавливаться из нержавеющей стали с покрытием из напыленного монеля толщиной 0,15 или 0,3 мм.

      Технические характеристики насосов "Ойл дайнамикс" (США) 

Рассчитаны на работу в скважине при температуре окружающей среды не выше 95 °С и содержании механических примесей в добываемой жидкости не более 0,5 г/л, сероводорода 1,25 г/л, свободного газа на приёме насоса 35 % [ 3] . Кинематическая вязкость жидкости на поверхности при температуре 20 ° С не должна превышать 70 мм2/с.
Выпускается 10 типоразмеров насосов с наружным диаметром корпуса 101,6 мм при мощности на валу 200 кВт и номинальной подачей от 42 до 543 м3/сутки, и 9 типоразмеров с наружным диаметром корпуса насоса 136,6 мм при мощности на валу 200 и 408 кВт и номинальной подачей от 199 до 1524 м /сутки.
Осевая сила, действующая на валы, передается с вала на вал каждой секции 
(все валы имеют возможность перемещаться в осевом направлении в пределах 10 - 12 мм) и воспринимается помещенной в протекторе осевой опорой, как в установках фирм REDA и Centrilift.
Поперечные силы воспринимаются радиальными подшипниками. 
В каждой секции насоса имеется верхний подшипник с парой трения: бронза (защитная втулка вала) по нирезисту. В нижней секции насоса, кроме верхнего радиального подшипника установлен нижний подшипник (закаленная сталь по бронзе).
Кроме того, через определенное количество ступеней размещается бронзовая втулка, составляющая промежуточный подшипник с расточной направляющей аппарата.
В насосах фирмы используют ступени двухопорной конструкции.


Рисунок 1.7 Секция насоса фирмы ODI

1 - головка; 2 - верхний подшипник; 3 - защитная втулка вала; 4 – корпус; 5 - направляющий аппарат; б - рабочее колесо; 7 - вал; 8 -основание.

Рисунок 1.8 - Радиальные и осевые опоры насоса конструкции SSP фирмы ODI: 

1 — верхняя опора; 2 — втулка; 3 — пята» подпятник; 4 — вкладыши; 5 — компенсационные втулки; 6 — шайбы.

При наличии песка фирма рекомендует применять насосы исполнения "S'в которых используются резиновые подшипники, выдерживающие температуру до 250 °F (121 °С), Буква "S" записывается в конце обозначения насоса, например, "R-14S'\
Для скважин с высоким содержанием песка фирма выпускает насосы запатентованной конструкции — Superior Service Pump (SSP). В насосах исполнения SSP каждый пакет ступеней из 4-10 ступеней имеет свою осевую и радиальную опору (рис. 1.33). Вкладыши радиальных опор и подпятники осевых опор изготавливаются из борированной закаленной стали или из карб.......................