1.Классификация насосов для перекачки нефтепродуктов. Винтовые насосы.

Насосы, предназначенные для перекачивания нефти и нефтепродуктов используются в технологических процессах нефтедобычи: при буровых работах, откачке пластовых вод из скважин и закачке пластовой жидкости в скважину. Эти насосы подразделяются на три следующие группы:

1.буровые насосы и установки;

2.насосы для откачки пластовой жидкости из скважин:

- скважинные центробежные;

- скважинные винтовые;

- штанговые.

3.насосы для закачки пластовой жидкости в скважины с целью поддержания давления в нефтенасосном пласте, подразделяемые на:

- поверхностные;

- скважинные.

Буровые насосы и установки представляют собой, как правило, поршневые и плунжерные насосы, используемые для нагнетания жидких сред (глинистых, цементных, солевых растворов). Эти насосы применяются при промывочно-продавочных работах и цементировании нефтяных и газовых скважин в процессе их бурения и капитального ремонта, а также для нагнетания жидкости в пласт для интенсификации добычи нефти.

Приводом насоса является электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания. Часто насосы монтируются на шасси автомобиля или на салазках (санях).

Среди поршневых и плунжерных насосов буровые насосы являются наиболее мощными и это определяет способ регулирования подачи посредством коробки передач, используемой в конструкции этих насосов. Регулирование подачи осуществляется ступенчато. Конструкция отдельных насосов предусматривает возможность изменения подачи за счёт применения сменных деталей гидроблока (гильз и поршней разных диаметров).

Конструкция горизонтального двухпоршневого насоса НБ-125. У двухпоршневого насоса поршни работают в противофазе, что обеспечивает наибольшую равномерность подачи. Дальнейшее увеличение равномерности подачи обеспечивается мембранным компенсатором. Насос имеет встроенный зубчатый редуктор. Передача крутящего момента от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания к редуктору осуществляется через клиноремённую передачу.

Насосы типа НТП спроектированы для передвижных установок, где к насосам предъявляются дополнительные требования по снижению массы и габаритов.

Плунжерный насос НТП-300 - высоконапорный. В насосе НТП-63, имеющем меньший напор, для уменьшения массы и габаритов использована "бескрейцкопфная" конструкция.

Существуют насосные установка АНЦ- 320К (цементировочный агрегат) на автомобильном ходу, установка АНЦ-320С (цементировочный агрегат) на салазках, насосная установка УНБ-300-40 с центробежным насосом-гомогенизатором.

Буровые насосы, являясь насосами объёмного типа, обладают свойством самовсасывания , но в описательной таблице традиционно указывается принятая характеристика всасывающей способности этой группы насосов - допускаемая вакуумметрическая высота всасывания.

Насосы для откачки пластовой жидкости из скважины, как указано выше, подразделяются на скважинные центробежные, скважинные винтовые и штанговые.

Пластовая жидкость - это смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа с температурой не более 90°С.

Центробежные и винтовые скважинные погружные насосные агрегаты входят в состав установок, которые помимо агрегатов содержат кабельные линии и наземное электрооборудование. Агрегат и кабельная линия опускаются в скважину на насосно-компрессорных трубах. В наземное оборудование входит трансформаторная подстанция и пуско-регулирующая аппаратура.

Условное обозначение насосов УЭЦН М(К)-5А-250-1000 (установка электрическая с центробежным насосом модульным коррозионностойким):

5А - группа установки, характеризующая поперечные габариты;

250 - подача, м3 в сутки;

1000 - напор, м.

Винтовой насос применен в установке электрической типа УЭВМ.

Насос ЭЦНК имеет 38 вариантов исполнений в зависимости от конструкции пяты, конструкции рабочих колёс, наличия входного модуля и типа соединений секций. В представленном насосе входной модуль конструктивно совмещён с секциями насоса.

Насос типа ЭЦНМК состоит из входного модуля, модуля-секции (модулей-секций) и модуля головки. Соединение модулей между собой и входного модуля с двигателями - фланцевое. Соединение валов модулей-секций между собой, модуля-секции с валом входного модуля, вала входного модуля с валом электродвигателя осуществляется с помощью шлицевых муфт.

Скважинные штанговые насосы, выпускаемые в соответствии с требованиями стандарта американского нефтяного института (спецификация I I АХ ).

Данные насосы аналогичны насосам, выполненным по ОСТ 26-16-06 - 86 следующих типов:

НВ1Б - вставной с замком наверху;

НВ2Б - вставной с замком внизу;

НН2Б - невставной с ловителем.

Все упомянутые типы штанговых насосов имеют толстостенный цельный ( безвтулочный) цилиндр (обозначается "Б").

Насосы для закачки пластовой жидкости в скважину представлены группой поверхностных и скважинных насосов.

Рассматриваемые поверхностные насосы - это горизонтальные центробежные секционные многоступенчатые насосы типа ЦНС. Описание этих насосов приведено разделе "Горизонтальные многоступенчатые насосы".

В эту группу насосов входят также и буровые насосы.

Скважинные погружные насосные агрегаты типа ЭЦП для закачки воды в пласт конструктивно представляют собой аналог насосных агрегатов для откачки воды из скважин. Для закачки воды применяются скважинные насосные агрегаты полупогружного типа ЭЦНА, у которых электродвигатель устанавливается на поверхности в устье скважины.

ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ:

Винтовой насос (ВН), являющийся устройством для перекачки жидкости, был разработан в начале 1920-х годов для перекачки вязких жидкостей и растворов. С самого начала винтовые насосы получили широкое применение в самых разных условиях использовались в различных отраслях промышленности (химической, пищевой, металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, табачной, отходоперерабатывающей и нефтяной).

С момента первых серьезных попыток применения винтовых насосов для механизированной добычи в начале 1980-х годов, происходило их постепенное внедрение в нефтяной промышленности.

К 2003 г. винтовые насосы работали в самых разнообразных условиях и вариантах заканчивания в более чем 40 000 скважин по всему миру, от Аляски до Южной Америки, от добычи легкой нефти и угольного метана в российских Нижневартовске и Новокузнецке до Австралии, от отдаленных минеральных источников в горах Японии до наземных и морских скважин в Африке и Индонезии. Ниже приведены стандартные варианты и условия применения винтовых насосов:

1.Тяжелая нефть

• Плотность в градусах по API < 18

• Абсолютная вязкость 500 - 50000 сП

• Содержание песка до 50%, сниженное до 3-5% при стабильном дебите

2.Нефть средней плотности

• Плотность в градусах по API 18 - 30

• Абсолютная вязкость < 500 сП

• Ограничения по содержанию CO2 и H2S

3.Легкая нефть

• Плотность в градусах по API >30

• Ограничение по содержанию ароматических углеводородов

• Температурные ограничения

4.Вода

• Обезвоживание угольного метана (CBM)

• Обезвоживание природного газа

• Водозаборные скважины:

- Отопление жилых помещений

- Промышленные источники минеральных вод

• Закачка воды - заводнение

Системы винтовых насосов обладают рядом отличительных особенностей, которые могут сделать их более предпочтительными для механизированной добычи по сравнению с другими имеющимися техническими средствами. Вот наиболее значимые из этих особенностей:

- КПД систем винтовых насосов составляет 50 - 70%

- Низкие капитальные затраты и расходы на электроэнергию

- Возможность перекачивания жидкостей с высоким уровнем вязкости, большим содержанием твердых частиц и свободного газа

- Низкие значения внутренних градиентов скорости сдвига, ограничивающие эмульгирование жидкости

- Отсутствие клапанов или деталей с возвратно-поступательным движением позволяет предотвратить закупоривания, газовые пробки или износ узлов

- Несложный монтаж и эксплуатация, минимальный объем необходимого обслуживания

- Небольшие габариты и низкий уровень шума приводной установки на устье.

Системы винтовых насосов имеют ряд определенных ограничений по условиям применения. Основными из этих ограничений являются производительность, высота подъема жидкости и совместимость резиновых деталей с откачиваемыми жидкостями. Ниже приведен краткий перечень ограничительных условий применения и эксплуатационных проблем, связанных с использованием систем ВН.

- Производительность: 1-800 м3/день (5000 баррелей/день)

- Высота подъема жидкости: 3000 м (9800 футов)

- Температура: 150°C (300°F)

- Тенденция к возникновению неустранимых повреждений эластомерных деталей при работе насоса без жидкости даже очень непродолжительное время.

- Воздействие некоторых жидкостей приводит к разбуханию и порче эластомерного материала

Использование усовершенствованного оборудования и материалов позволяет существенно расширить диапазон применения винтовых насосов новых моделей. Во многих случаях, ВН является не только единственно возможным вариантом механизированной эксплуатации, но и может стать весьма эффективным с экономической точки зрения при оптимальной конфигурации и правильной эксплуатации.

Принцип действия винтового насоса

При вращении ротора происходит постоянное открытие и закрытие полостей и их перемещение от приема к подаче насоса. Площадь полости между ротором и статором остается постоянной на любом сечении по всей длине насоса, что обеспечивает непульсирующий поток. Объем полости определяется как площадь закачки (площадь поперечного сечения полости) умноженная на шаг статора. Осевая линия ротора смещена от оси статора на постоянную величину, называемую "эксцентриситет". Для насоса с однозаходной геометрией эксцентриситет равен разнице между большим и малым диаметрами ротора деленной на два. Площадь полости насоса с однозаходной геометрией равна малому диаметру ротора умноженному на 4 и умноженному на эксцентриситет. Объем полости определяется как функция площади полости умноженная на шаг статора.

Площадь полости = d x 4e

Объем полости = d x 4e х шаг статора

Погружной винтовой насос состоит из пусковой муфты эксцентриковой муфты обойму с винтом предохранительного клапана и шламовой трубы. Рабочим органом насоса является однозаходный стальной винт и резинометаллическая обойма, внутренняя полость которой представляет собой двухзаходную винтовую поверхность с шагом в два раза больше чем у винт. Винтовой насос является насосом объемного действия, а следовательно его теоретическая производительность прямо пропорциональна частоте вращения вала. Пусковая муфта осуществляет пуск насоса при достижении ротора электродвигателя определенной частоты вращения, также она не позволяет насосу вращаться в сторону противоположенной заданной и тем самым предохраняет насос от развенчивания резьбовых соединений. Преимущества насоса: Погружной винтовой эл. Насос сочетает в себе положительные качества центробежного и поршневого насосов и обеспечивает плавную непрерывную без пульсаций подачу жидкости с постоянным высоким КПД при широком диапазоне изменения давления.