Разработка системы электропривода погружного насоса

курсовая работа

1.1 Описание технологического процесса

УЭЦН - это комплекс оборудования для механизированного отбора пластовой жидкости с помощью центробежного насоса, непосредственно соединенного с погружным электродвигателем. Установка центробежного электронасоса состоит из насосного агрегата, кабельной линии, колонны насосно-компрессорных труб, оборудования устья скважины и наземного оборудования.

Электроцентробежный агрегат спускают в скважину на НКТ. Он состоит из трех основных частей, расположенных на одном вертикальном валу: многоступенчатого центробежного насоса, электродвигателя, протектора.

ПЭД с протектором, и последний с насосом, соединены на фланцах. Вал протектора соединен с валом насоса шпилевой 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.

Принцип работы УЭЦН: жидкость поступает к центральной части рабочего колеса крыльчатки, крыльчатка, установленная на валу в корпусе и приводящаяся во вращение электрическим двигателем, разгоняет жидкость по спирали, чем больше радиус траектории движения, тем больше центробежная сила.

Основная особенность всех центробежных насосов состоит в том, что для их работы требуется подпор, дополнительное давление, для подачи жидкости в насос, которое чаще всего создается эксплуатацией скважин с системой поддержания пластового давления. Вторая особенность центробежных насосов, от радиуса крыльчатки, зависит подача.

Под действием центробежной силы жидкость выходит через выходной патрубок. Патрубок имеет расширяющуюся форму, скорость потока в нем падает и часть кинетической энергии жидкости, приобретенной в рабочем колесе насоса, преобразуется в потенциальную энергию давления, увеличение давления на выходе из насоса может быть достигнуто увеличением, либо частоты вращения, либо диаметра крыльчатки. Устанавливая последовательно ряд аппаратов, можно достичь необходимого напора. Запуск насоса обычно производят при закрытой задвижке на нагнетательном патрубке (при этом насос потребляет наименьшую мощность). После запуска насоса задвижку открывают.

В России поддержание пластового давления заводнением является одним из основных видов воздействия на нефтепродуктивные пласты. Поддержание пластового давления закачкой воды, кроме повышения нефтеотдачи обеспечивает интенсификацию процесса разработки. Это обусловливается приближением зоны повышенного давления, создаваемого за счет закачки воды в водо-нагнетательные скважины, к добывающим скважинам. В зависимости от местоположения водо-нагнетательных скважин в настоящее время в практике разработки нефтяных месторождении нашли применение следующие системы заводнения:

- законтурное заводнение, применяют для разработки залежей с небольшими запасами нефти;

- приконтурное заводнение, применяют тогда, когда затруднена гидродинамическая связь нефтяной зоны пласта с законтурной областью;

- внутриконтурное заводнение, применяют в основном при разработке нефтяных залежей сочень большими площадными размерами.

Добывающие скважины располагают рядами параллельно рядам водо - нагнетательных скважин. Расстояние между рядами нефтедобывающих скважин и между скважинами в ряду выбирают, основываясь на гидродинамических расчетах, с учетом особенностей геологического строения и физической характеристики коллекторов на данной разрабатываемой площади.

Погружной электродвигатель служит для привода электроцентробежного насоса, электродвигатель крутит вал насоса, на котором расположены ступени.

Для уменьшения размеров насосного агрегата и увеличения его подачи двигатели ПЭД рассчитывают на синхронную скорость 3000 об/мин при частоте 50 Гц. Двигатели защищены от попадания внутрь пластовой жидкости, что достигается заполнением их трансформаторным маслом, находящимся под избыточным давлением 0,2 МПа относительно внешнего гидростатического давления в скважине. Для защиты погружного электродвигателя от попадания внутрь его корпуса пластовой жидкости применяется гидрозащита.

Поскольку двигатель работает при температуре жидкости в месте погружения, его электрическая изоляция масло- и нагревостойкая, а температуру окружающей среды принимают равной 90° С.

Технологическая схема УЭЦН приведена на рис. 1.1.

Рис.1.1. Технологическая схема УЭЦН:

1 - компенсатор; 2 - электродвигатель; 3 - протектор; 4 - боковой прием; 5 - насос погружной; 6 - колонна НКТ; 7 - электрокабель; 8 - пояски крепления; 9 - устьевая арматура; 10 - барабан для кабеля; 11 - станция управления.

1.2 Требования, предъявляемые к электроприводу УЭЦН

Исходя из описания технологического процесса, можно сформулировать следующие требования, предъявляемые к электроприводу:

- плавный пуск;

- продолжительный режим работы электродвигателя;

- реверс по скорости не требуется;

- широкий диапазон регулирования по частоте;

- экономичность;

- насос должен создавать такие напоры на устье, чтобы догнать нефть до дожимной насосной станции.

В целом, электропривод должен обеспечить безотказную и долговечную работу установки во всех режимах эксплуатации, что во многом зависит от системы управления электродвигателем.

1.3 Качественный выбор электрооборудования для насосной установки

В настоящее время в качестве привода УЭЦН обычно используются асинхронные двигатели типа ПЭД.

Асинхронный электродвигатель - электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.

Диаметр данных двигателей несколько меньше нормальных диаметров применяемых обсадных колонн (обычно двигатели имеют диаметры: 103, 117, 123, 130 и 138 мм). При заданной мощности выполнение двигателя с малым диаметром вызывает увеличение его длины, достигающей 7-8 м.

Корпус статора погружного двигателя представляет собой стальную трубу, в которую запрессованы магнитные пакеты статора длиной 320-450 мм, набранные из электротехнической стали. Статор состоит из отдельных магнитных пакетов (секций), разделенных короткими пакетами из немагнитного материала.

Двухполюсная обмотка статора выполнена общей для всех его секций. Ротор также состоит из отдельных секций с длиной каждой секции, отвечающей магнитному пакету статора. Каждая секция ротора создает свою короткозамкнутую электрическую цепь, не связанную с цепями других секций ротора, сидящих на общем валу. Между секциями ротора установлены промежуточные подшипники качения, опирающиеся на немагнитные пакеты статора, предотвращающие касание ротора о статор, которое было бы неминуемым при длинном роторе и малых воздушных зазорах, не превышающих у этих машин 0,4 мм.

Ротор закрепляется в верхней части двигателя - подвешивается на верхнем подпятнике - радиально-упорном подшипнике. Корпус двигателя заканчивается в верхней части головкой, которая закрывает лобовые части обмотки, содержит узел вывода статорной обмотки и обеспечивает присоединение протектора. Нижние лобовые части обмотки закрываются основанием двигателя, в котором размещаются масляный фильтр и клапан.

Внутренняя полость двигателя заполнена специальным маловязким маслом, которое циркулирует внутри машины под действием турбинки, насаженной на вал ротора. Оно проходит по отверстию внутри вала двигателя, по каналам между корпусом и внешней поверхностью статорных пакетов, попадает в фильтр. Благодаря циркуляции масла достигается более интенсивное охлаждение электродвигателя с выравниванием температур наиболее нагретых и менее нагретых частей машины. Полость двигателя заполняют маслом через клапан.

Целесообразнее всего применять частотное регулирование скорости с помощью преобразователя частоты, как обладающего наибольшим числом достоинств:

- плавный пуск;

- широкий диапазон регулирования скорости;

- плавное регулирование скорости;

- экономичность.

Исходя из предъявляемых технологических требований по ряду причин, наиболее целесообразно применить преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока и автономным инверторомнапряжения (ПЧИН).

Делись добром ;)