Погружной насос (или суб насос, электрический погружной насос ( ESP )) представляет собой устройство , которое имеет герметичный двигатель крупный , соединенный с корпусом насоса. Вся конструкция погружается в перекачиваемую жидкость. Основное преимущество этого типа насоса заключается в том, что он предотвращает кавитацию насоса - проблему, связанную с большой разницей высоты между насосом и поверхностью жидкости. Погружные насосы выталкивают жидкость на поверхность, а не струйные насосы, которые создают вакуум и зависят от атмосферного давления. Погружные аппараты используют жидкость под давлением с поверхности для приведения в действие гидравлического двигателя в скважине, а не электродвигателя, и используются в приложениях с тяжелой нефтью с нагретой водой в качестве движущей жидкости.
История
Ок. 1928 г. Армянский инженер и изобретатель системы доставки нефти Армаис Арутюнов успешно установил первый погружной масляный насос на нефтяном месторождении. [1] В 1929 году компания Pleuger Pumps (сегодня Pleuger Industries) впервые разработала погружной турбинный насос, предшественник современного многоступенчатого погружного насоса. [2]
Принцип работы
Погружные электронасосы - это многоступенчатые центробежные насосы, работающие в вертикальном положении. Жидкости, ускоренные крыльчаткой, теряют свою кинетическую энергию в диффузоре, где происходит преобразование кинетической энергии в энергию давления. Это основной рабочий механизм радиальных и смешанных насосов. В HSP двигатель представляет собой гидравлический двигатель, а не электродвигатель, и может быть замкнутым циклом (сохранение рабочей жидкости отдельно от добываемой жидкости) или открытым циклом (смешивание рабочей жидкости с добываемой жидкостью в скважине с разделением на поверхности). .
Вал насоса соединен с газоотделителем или протектором с помощью механической муфты в нижней части насоса. Жидкости попадают в насос через всасывающий экран и поднимаются ступенями насоса. Другие части включают радиальные подшипники (втулки), распределенные по длине вала, обеспечивающие радиальную поддержку вала насоса. Опциональный упорный подшипник принимает на себя часть осевых сил, возникающих в насосе, но большая часть этих сил поглощается упорным подшипником протектора.
Есть и погружные винтовые насосы, в них рабочим элементом является стальной винт. Винт позволяет насосу работать в воде с высоким содержанием песка и других механических примесей .
Приложения
Погружные насосы используются во многих областях. Одноступенчатые насосы используются для дренажа, перекачивания сточных вод , общепромышленного перекачивания и перекачки шлама. Они также популярны с фильтрами для прудов. Многоступенчатые погружные насосы обычно опускаются в ствол скважины и чаще всего используются для добычи (отвода) воды в жилых, коммерческих, муниципальных и промышленных целях , из водяных скважин и в нефтяных скважинах .
Другие применения погружных насосов включают очистные сооружения , обработку морской воды , пожаротушение (поскольку это огнестойкий кабель), бурение водяных и глубоких скважин , морские буровые установки , искусственные подъемники , осушение шахт и ирригационные системы.
Насосы в местах с опасным электрическим током, используемые для горючих жидкостей или воды, которая может быть загрязнена горючими жидкостями, должны быть спроектированы так, чтобы не воспламенять жидкость или пары.
Использование в нефтяных скважинах
Погружные насосы используются при добыче нефти для обеспечения относительно эффективной формы «искусственного подъема», способной работать в широком диапазоне скоростей потока и глубин. [3] [4] За счет снижения давления на забое скважины (за счет снижения давления на забое или увеличения депрессии) из скважины может быть добыто значительно больше нефти по сравнению с естественной добычей. [ необходима цитата ] Насосы обычно имеют электрический привод, называемые погружными электрическими насосами (ESP), или, если они имеют гидравлический привод, называются гидравлическими погружными насосами (HSP). [ необходима цитата ]
Системы ESP состоят из двух поверхностных компонентов (размещенных в производственном объекте, например , в нефтяной платформу), а также компонентов подповерхностных (найденных в скважинах отверстия). К наземным компонентам относятся контроллер двигателя (часто контроллер переменной скорости), наземные кабели и трансформаторы. Подземные компоненты развертываются путем прикрепления к нижнему концу колонны насосно-компрессорных труб, находясь на поверхности, а затем опускаются в ствол скважины вместе с насосно-компрессорной трубой.
Источник переменного тока высокого напряжения (от 3 до 5 кВ) на поверхности приводит в действие подземный двигатель. До недавнего времени установка ЭЦН была дорогостоящей из-за необходимости прокладки электрического кабеля от источника к двигателю. Этот кабель нужно было обернуть вокруг сочлененной трубы и подсоединить к каждому стыку. Новые шлангокабели для гибких труб позволяют развертывать как трубопровод, так и электрический кабель с помощью одного стандартного блока гибких насосно-компрессорных труб. Также могут быть включены кабели для данных датчиков и управления.
Подземные компоненты обычно включают в себя насосную часть и моторную часть, при этом мотор находится в скважине от насоса. Двигатель вращает вал, который, в свою очередь, вращает рабочие колеса насоса, чтобы поднять жидкость через эксплуатационные колонны на поверхность. Эти компоненты должны надежно работать при высоких температурах до 300 ° F (149 ° C) и высоких давлениях до 5000 фунтов на квадратный дюйм (34 МПа) в глубоких скважинах глубиной до 12000 футов (3,7 км) с высокими энергозатратами, составляющими до 1000 лошадиных сил (750 кВт). Сам насос представляет собой многоступенчатый агрегат, количество ступеней которого определяется эксплуатационными требованиями. Каждая ступень включает крыльчатку и диффузор. Каждое рабочее колесо соединено с вращающимся валом и ускоряет жидкость от вала в радиальном направлении наружу. Затем жидкость поступает в невращающийся диффузор, который не соединен с валом и содержит лопатки, которые направляют жидкость обратно к валу. Насосы бывают диаметром от 90 мм (3,5 дюйма) до 254 мм (10 дюймов) и имеют длину от 1 метра (3 фута) до 8,7 метра (29 футов). Двигатель, используемый для привода насоса, обычно представляет собой трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с номинальной мощностью на паспортной табличке в диапазоне от 7,5 кВт до 560 кВт (при 60 Гц). [3]
Узлы ESP могут также включать: уплотнения, соединенные с валом между двигателем и насосом; грохоты для отбраковки песка; и сепараторы жидкости на входе насоса, разделяющие газ, нефть и воду. [3] ЭЦН имеют значительно более низкий КПД при значительной доле газа, превышающей примерно 10% объема на входе насоса, поэтому отделение газа от нефти перед насосом может быть важным. Некоторые ЭЦН включают сепаратор воды и масла, который позволяет повторно закачивать воду в скважину. Поскольку некоторые скважины производят до 90% воды, а подъем жидкости требует значительных затрат, повторная закачка воды перед ее подъемом на поверхность может снизить энергопотребление и улучшить экономику с учетом высокой скорости вращения ЭЦН до 4000 об / мин (67 Гц). и узкие зазоры, они плохо переносят твердые частицы, например, песок.
В мире используется не менее 15 марок нефтепромысловых УЭЦН.
Кабели
Кабель погружного насоса представляет собой электрические проводники, предназначенные для использования во влажной земле или под водой, причем типы кабелей предназначены для условий окружающей среды насоса. [5] [6] [7]
Кабель для погружного насоса - это специальный продукт, предназначенный для использования с погружным насосом в глубокой скважине или в аналогичных суровых условиях. Кабель, необходимый для этого типа применения, должен быть прочным и надежным, поскольку место установки и окружающая среда могут быть как крайне ограниченными, так и враждебными. Таким образом, кабель погружного насоса можно использовать как в пресной, так и в соленой воде. Он также подходит для прямого захоронения и внутри колодцев. Область установки кабеля погружного насоса физически ограничена. Производители кабелей должны учитывать эти факторы для достижения максимально возможной степени надежности. Размер и форма кабеля погружного насоса может варьироваться в зависимости от использования, предпочтений и насосного инструмента установщика. Кабели насосов бывают одножильными и многожильными и могут быть плоскими или круглыми в поперечном сечении; некоторые типы включают в себя провода управления, а также силовые провода для двигателя насоса. Проводники часто имеют цветовую маркировку для идентификации, и вся оболочка кабеля также может иметь цветовую маркировку.
Основные типы кабеля включают:
В 3- и 4-жильном кабеле, как показано на изображении типов SPC с правой стороны, в качестве проводника используется обычная медь / луженая медь.
- 3- и 4-жильный кабель из ПВХ
- Плоский кабель
- Круглый кабель
- Резиновый 3- и 4-жильный кабель
- Плоский кабель
- Круглый кабель
- Плоский Drincable
- HO7RN-F Кабель
Смотрите также
Рекомендации
- ^ "Историческая перспектива нефтепромысловых электрических погружных насосов" . esppump.com . ESP pump.com. 17 сентября 2012 . Проверено 16 ноября 2017 года .
С тремя сотрудниками Arutunoff построил и установил первый УЭЦН в нефтяной скважине на месторождении Эльдорадо недалеко от Бернса, штат Канзас.
- ^ «Краткая история насосов» . worldpumps.com . Elsevier Ltd. 23 марта 2009 . Проверено 16 ноября 2017 года .
1929: Pleuger создает двигатель с погружным турбинным насосом.
- ^ a b c Lyons (ed), Standard Handbook of Petroleum & Natural Gas Engineerin , p. 662
- ^ Другие формы искусственного лифта включают газлифт , качалки , Plunger Lift и полости насоса Progressive .
- ^ «Кабель погружного насоса», The Pump Book , стр. 67–74, ISBN 978-0-615-18509-5
- ^ Рэй К. Маллин, Фил Симмонс (2011 г.), «Кабель погружного насоса», « Электропроводка в жилых помещениях» , стр. 423–424, ISBN 978-1-4354-9826-6
- ^ Роберт Дж. Алонзо (19 января 2010 г.). Электрические нормы, стандарты, рекомендуемая практика и правила: изучение соответствующих соображений безопасности . Эльзевир. С. 317–. ISBN 978-0-8155-2045-0. Проверено 16 ноября 2012 года .
- Лайонс, Уильям К., изд. (1996). Стандартный справочник по нефтяной и газовой инженерии . 2 (6-е изд.). Gulf Professional Publishing. ISBN 0-88415-643-5.
Внешние ссылки
- Работа, применение и преимущества погружных электронасосов
- Универсальный насос работает под водой , июль 1947 года, научно-популярный превосходный чертеж конструкции погружного насоса для крупных общественных водопроводных сооружений