1458

Например, на АО «АЛНАС» проведены работы, в результате которых было повышено сопротивление изоляции погружного электродвигателя (ПЭД) на порядок (с 200 до 2000 МОм).

Внедрено тестирование изоляции ПЭД по индексу поляриза­ ции, что существенно повышает эксплуатационную надежность электродвигателей.

Опробованы и находятся в стадии внедрения новые вывод­ ные провода, которые обладают лучшей термостойкостью, со­ противлением изоляции, меньшими токами утечки, меньшим и стабильным размером наружного диаметра. Для пропитки ста­ торов опробован новый компаунд, в котором практически нет летучих веществ, в результате чего удалось добиться лучшего заполнения пазов. Компаунд термостоек при температуре 180— 200 °С, при опытной пропитке показал сопротивление изоляции электродвигателя 2000 МОм при температуре 126 °С

Разработана, изготовлена и прошла промысловые испытания опытная партия кабельных муфт, конструктивно выполненных по принципу гермовводов. Наконечники муфты залиты в изоля­ ционном материале, что обеспечивает их герметичность и ис­ ключает продольное перемещение. Герметичность соединения с головкой ПЭД обеспечивается радиальным уплотнением.

В той же фирме на протяжении ряда лет изготавливались дви­ гатели, оснащенные погружными датчиками системы телемет­ рии СКАД-2. В настоящее время в кооперации с Ижевским радиозаводом, создали и поставили на промысловые испытания двигатели типа 6ПЭД с системой телеметрии нового поколения. Погружной блок системы вынесен и крепится ниже компенсато­ ра специального исполнения. Новая система телеметрии позво­ ляет контролировать и регистрировать следующие параметры:

•давление окружающей среды;

•температуру окружающей среды;

•давление во внутренней полости двигателя;

•температуру обмотки электродвигателя;

•уровень вибрации в двух плоскостях;

•токи утечки (сопротивление изоляции) системы трансфор­

матор — кабель — электродвигатель.

В 2000 году начато серийное производство двигателей типа 6ПЭД. При этом решен вопрос и об обеспечения необходимого сервисного сопровождения внедрения новой системы телеметрии у потребителей.

Несмотря на то, что на сегодня многие потребители удовлет­ ворены конструкцией и эксплуатационной надежностью гидро­ защиты МГ-51, специалисты АО «АЛНАС» считают, что она ус­ тарела и не может успешно работать в условиях высокого газо­ проявления и высокой температуры. В связи с этим «АЛНАС» разработал и поставил на промысловые испытания гидрозащи­ ту МГ-54, в которой протектор выполнен двухкамерным и бездиафрагменным. Каждая камера имеет продублированные газо­ отводные клапаны. Компенсатор имеет диафрагму, которая сна­ ружи контактирует не с пластовой жидкостью, а с соленой во­ дой или с жидкостью глушения, что уменьшает вероятность по­ падания газа внутрь двигателя сквозь диафрагму.

Как уже указывалось ранее, одним из самых ненадежных уз­ лов электродвигателя является изоляция обмоточного провода статора двигателя. Два ее недостатка вызывают наибольшее чис­ ло отказов — недостаточные изоляционные качества и недоста­ точная теплостойкость. Для их ликвидации ведутся работы по применению новых изоляционных материалов, в частности, на базе фторопластов и по улучшению качества масла, заполняю­ щего двигатель. Эти новые материалы позволяют повысить тем­ пературу окружающей среды или увеличить мощность, отбирае­ мую от двигателя.

Все шире применяются на российских нефтяных промыслах так называемые «параметрические электродвигатели», имеющие достаточно гибкую нагрузочную характеристику (рис. 1.154).

Параметрические погружные электродвигатели системы Н. В. Яловеги (РППЭД-Я) номинальной мощностью от 38 до 126 кВт выпускаются ООО «Алмаз» (г. Радужный, Тюменской обл.).

Технические показатели двигателей РППЭД-Я приведены в табл. 1.69.

Окружающая рабочая среда — нефть с различной степенью обводненности, содержащая растворенный парафин и механи­ ческие примеси. Давление жидкости в месте подвески электро­ двигателя — не более 25 МПа (250 кгс/см2).

Электродвигатели типа ПРЭД — изготовитель ООО «При- вод-ПЭУ» (г. Лысьва Пермской обл.) позволяют регулировать число оборотов электродвигателя за счет изменения напряже­ ния. Основные характеристики параметрических электродвига­ телей двух типоразмеров представлены в табл. 1.70 [13].

BOO 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

Напряжение, В

Рис. 1.154. Характеристика двигателя РППЭД-Я-80-117

Изготовитель допускает колебание напряжения при раз­ личных интервалах регулирования оборотов до +20...-50 %. Зона устойчивой работы ПРЭДУ по частоте вращения вала — п = (75—85) % пи; по напряжению — U = (50—100) % UH.

Анализ применения электродвигателей ПРЭД и РППЭД в комплекте с насосами типа ЭЦН показал, что кроме досто-

—увеличения срока службы погружного оборудования и сква­ жины за счет установки оптимального режима добычи;

—возможности монтажа и спуска оборудования в скважину со сложной геометрией, т.к. данная установка имеет общую длину всего 6 м;

—работы в скважине с переменным дебитом, «раскачка скважины».

Реактивные потери в двигателе и кабеле на 20—25 % ниже, чем у асинхронного двигателя, что также позволяет снизить, по­ требление электроэнергии

УЭЦН с вентильными ПЭД кроме расширения областей при­ менения имеют и такое существенное преимущество, как воз­ можность автоматического подстраивания работы установки к условиям работы системы «пласт — скважина — насосная уста­ новка». Это происходит, во-первых, за счет гибкой характерис­ тики вентильного ПЭД, которая является практически характе­ ристикой ЭД постоянного тока. Во-вторых, инверторный блок, встроенный в погружной насосный агрегат, позволяет отлежи­ вать параметры работы системы «пласт — скважина — насосная установка» и изменять, при необходимости, режим работы на­ сосного агрегата.

Необходимо отметить, что параллельно с АО «АЛНАС» рабо­ тами над установками ЭЦН с использованием погружных вен­ тильных двигателей заняты еще несколько отечественных фирм. Так, например, фирма «КБ Нефтемаш» спроектировало и вы­ пускает установку «ЦУНАР-100» [14].

Приводом данной установки является маслозаполненный элек­ тродвигатель вентильного типа с ротором на постоянных магни­ тах из редкоземельных металлов.

Гидрозащита состоит из двух модулей — лабиринтного и ди­ афрагменного типа.

Кабель для питания электродвигателя используется, в зави­ симости от типа блока управления двигателем, либо трехжиль­ ный, либо двухжильный, либо одножильный,

Преобразователь частоты вращения двигателя выпускается двух типов — на транзисторных элементах типа ЮВТ (им­ портные) и на тиристорных элементах отечественного про­ изводства.

Блок управления может оснащаться специальным эхолотом, обеспечивающим автоматическую адаптацию подачи установки к изменяемому притоку скважины (отслеживается по значению динамического уровня).

Технические характеристики «ЦУНАР-100»

Насос агрегата «ЦУНАР-100» — центробежный модульный высокооборотный с напором одной ступени до 40 м водяного столба.

Один модуль насоса содержит 24 ступени и развивает напор до 1000 м водяного столба. Рабочие колеса выполнены из высопрочного титанового сплава, что позволяет работать в нефте­ содержащей пластовой жидкости с температурой до 90 °С, со­ стоящей из смеси нефти, попутной воды, нефтяного газа и се­ роводорода с pH 6,0...8,5 и плотностью до 1400 кг/м3 с содержа­ нием твердых включений (механических примесей) до 2 г/л.

Насос может оснащаться специальным газосепаратором. Характеристика насоса агрегата «ЦУНАР-100» представлена

на рис. 1.155.

Успешно проведены стендовые и промысловые испытания вентильных погружных двигателей, которые разработаны по за­ данию НК «Лукойл». Начиная с 2001 г. начато серийное изго­ товление этих двигателей для комплектации установок ЭЦН.

Несмотря на одинаковые теоретические предпосылки прове­ дения работ по созданию и освоению производством погружных электродвигателей вентильного типа, итоговые рекомендации раз­ личных разработчиков существенно отличаются друг от друга.

• MOO а м о о Д 7000 КТМО к 1000 «0500 « 0000 AOS ■ 1000о

Рис. 1.155. Характеристика насоса агрегата «ЦУНАР-100»

Так, например, специалисты «КБ Нефтемаш» считают самым рациональным применять ЭЦН с вентильным двигателем при частотах вращения не менее 6500—7000 об./мин, АО «АЛНАС» считает эту же скорость вращения (6000 об./мин) предельно возможной, а специалисты НК «Лукойл» вообще планируют ограничить скорость вращения ротора насоса величиной в 4000 об./мин. Правда, все разработчики едины во мнении о том, что применение вентильных ПЭД позволяет осуществлять плавный запуск установки ЭЦН и глубокое регулирование до­ бычных возможностей данного вида оборудования. Кроме того, значительное изменение рабочего тока вентильного электро­ двигателя при разных нагрузках позволяет проводить диагнос­ тику состояния погружного агрегата. Высокий КПД и отсутствие нагрева ротора ПЭД приводит к снижению температуры масла в полости двигателя и гидрозащиты, что обеспечивает повышение надежности работы ПЭД, особенно в условиях малых подач сква­ жинной жидкости и высокой пластовой температуры.

При нормальных условиях эксплуатации собственно скважин­ ный центробежный насос выходит из строя значительно реже, но и здесь необходимо усовершенствование его, в частности — для увеличения КПД.

С другой стороны, постоянное усложнение условий эксплуа­ тации УЭЦН приводит к необходимости коренного пересмотра конструкции как самого насоса, так и его составляющих: рабо­ чих колес, направляющих аппаратов, промежуточных и конце­ вых радиальных и осевых опор, валов.

Уже созданы, прошли промысловые испытания и широко на­ чали использоваться насосы АО «АЛНАС» типа ЭЦНА5-45 («Ана­ конда») с рабочей частью характеристики от 10 до 70 м3/сут [5].

Необходимость создания таких насосов вызвана недостаточ­ ной надежностью серийных малодебитных насосов ЭЦН5-20 и их низкого КПД и, самое главное, тем, что эти насосы явля­ ются альтернативой серийным насосам типа ЭЦН5-50. Ис­ пользование этих насосов, имеющих восходящую ветвь в ле­ вой зоне напорной характеристики, может привести к срыву подачи. Напорная характеристика насоса ЭЦНА5-45 имеет по­ стоянно падающий характер, что обеспечивает устойчивую ра­ боту насоса в зоне малых подач, более высокую, чем у ступеней насоса DN 280 (REDA), напорность и достаточно высокий КПД.

Продолжая тему малодебитных насосов, нельзя не остано­ виться на работе АО «АЛНАС» и АО «Завод «Борец» по созда­ нию насосов с номинальной подачей 30, 50 и 80 м3/сут в габари­ те 5А. В настоящее время закончены лабораторные испытания модельных ступеней с оптимизацией их параметров и проточ­ ной части, освоено изготовление указанных насосов, которые начали поступать на нефтяные промыслы России.

Анализ характеристик показал, что напорность новой ступе­ ни с номинальной подачей 50 м3 возрастает на 0,65 м или на 15 %, а для ступени на 80 м3 — на 1 м или на 20 %.

В этом случае при использовании 5-метровой секций насоса можно достичь напора в 1000 м. Кроме того, напорная харак­ теристика этих насосов имеет непрерывно падающую форму (следовательно, насос можно эксплуатировать в широком диа­ пазоне подач) и превосходит по напорности аналог фирмы REDA (DN 440 и DN675).

Насосы с двухопорными ступенями показывают хорошую работоспособность в условиях повышенного содержания КВЧ. Так, в ОАО «Нижневартовскиефтегаз» наработки этих насосов превышают на сегодня 400 суток и значительно превосходят нара­ ботки обычных насосов. Заводами фирм «Лемаз», «АЛНАС»,

на пакер, предварительно опущенный в скважину. Скважин­ ный агрегат спускается на кабеле, как на канате, поэтому кабель должен выдерживать вес агрегата, собственный вес и усилие срыва агрегата с пакера. Для глубины около 1300 м нагрузка на канат составляет (с некоторым запасом) примерно 100 кН. Кабельканат имеет конструкцию, отличную'от обычной конструкции кабеля. В одной из конструкций кабеля его броня заменена грузонесущей оплеткой, состоящей из двух рядов проволоки, нави­ тых в разных направлениях. Опытные и расчетные работы пока­ зали, что спуск агрегата на кабель-канате дает возможность при­ мерно в 2 раза увеличить мощность и подачу погружного насоса. Спуск и подъем глубинного агрегата ускоряется в 10—20 раз, ликвидируются трудоемкие работы с НКТ, улучшаются энерге­ тические показатели установки и уменьшается ее металлоемкость.

Применение кабель-канатной схемы установки ограниче­ но некоторыми недостатками. Во-первых, еще не разработан кабель-канат с достаточно малым диаметром, достаточной гиб­ костью и ремонтоспособностью. Последнее особенно важно, так как частые нарушения целостности шланга кабеля и его изоляции требуют местного ремонта, что в кабель-канате необходимо делать, не нарушая грузонесущей оплетки. Вовторых, отсутствуют средства, предотвращающие отложение парафина и солей на стенках обсадной колонны. Это создает опасность образования пробок при подъеме агрегата. Боль­ шое количество газа в откачиваемой жидкости не создает до­ полнительных трудностей, так как подача агрегатов большая и в этом случае, как и при обычном трубном варианте, прак­ тически весь газ идет в насос. Другие недостатки, выявлен­ ные при опытных работах (ухудшение работы гидрозащиты из-за высокого абсолютного давления окружающей среды, необходимость в специальной лебедке с повышенным уси­ лием натяжения наматываемого кабель-каната) не столь прин­ ципиальны.

Другое направление в разработке новых схем погружных насосных агрегатов (рис. 1.157) связано с использованием на­ матываемых (гибких) безрезьбовых труб. На этих трубах спус­ кается обычный насосный агрегат, описанный в данной гла­ ве. Достоинство такой схемы спуска агрегата — ускорение и уменьшение трудоемкости спуско-подъемных операций, а так­