Инженерная практика
Российский нефтегазовый журнал о технологиях и оборудовании
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram

Надежность энергоэффективного оборудования «Новомет» при повышенном содержании мехпримесей

Увеличение частоты вращения вентильного двигателя дает возможность сохранить производительность энергоэффективной УЭЦН, при этом снизить затраты электроэнергии до 37% и сократить длину установки в 2–3 раза. Но, чтобы уменьшить вероятность отказа такой установки при использовании в условиях высокого содержания мехпримесей, требуется ее дополнительная модернизация. Для ЭЦН5А-320 компрессионной сборки модернизация заключалась в добавлении к нижней части ступени дополнительного лабиринтного уплотнения, для УЭЦН плавающей сборки – в применении твердосплавных осевых подшипников.

29.04.2011 Инженерная практика №04/2011
Долгих Алексей Владимирович Инженер-исследователь ЗАО «НОВОМЕТ-Пермь»

Рис. 1. КПД насосов габарита 5А
Рис. 1. КПД насосов габарита 5А
Рис. 2. УЭЦН 5A-500-2000
Рис. 2. УЭЦН 5A-500-2000

На фоне УЭЦН 5А габарита большинства мировых производителей установки производства «НОВОМЕТ» выделяются более высоким КПД (около 70%) (рис. 1). Энергоэффективность таких установок обеспечивается, во-первых, повышенным КПД насоса и двигателя, что позволяет не только уменьшить количество потребляемой установкой электроэнергии, но и сократить ее потери в кабельной линии и наземной части установки. Во-вторых, использованием предвключенных мультифазных насосов для прокачки газа и уменьшения веса жидкости в НКТ, что также снижает потребление установкой электроэнергии.

ОСОБЕННОСТИ ЭЭУ

В составе энергоэффективной установки (ЭЭУ) УЭЦН 5A-500-2000 (рис. 2) находится ступень с меньшей, чем по номиналу, подачей, но с более высоким КПД, а также вентильный двигатель, КПД которого по определению выше, чем асинхронного ПЭД. Увеличение числа оборотов вентильного двигателя позволяет довести производительность установки до показателей работы стандартных серийных УЭЦН. Таким образом, переход к ЭЭУ обеспечивает снижение материалоемкости, энергопотребления и стоимости ремонта.

Следует иметь в виду, что увеличение скорости вращения вала установки при эксплуатации в осложненных мехпримесями скважинах приводит к увеличению скорости потока жидкости и износа оборудования, увеличению нагрузок в парах трения, что в совокупности ведет к снижению наработки УЭЦН на отказ. В связи с этим для сохранения надежности требуется изменение конструкции и комплектации установки, в частности, изменение конструкции ступени.

Для решения этой задачи мы создали специальный испытательный стенд и разработали методику ресурсных испытаний, исследовали механизм отказа насосов при высокой частоте вращения вала и провели оптимизацию существующих конструкций насосов плавающей и компрессионной сборки.

Рис. 3. Схема стенда для проведения ресурсных испытаний ЭЭУ
Рис. 3. Схема стенда для проведения ресурсных испытаний ЭЭУ

РЕСУРСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЭУ

Принципиальная схема стенда для проведения ресурсных испытаний включала в себя вертикально расположенный насос с датчиками вибрации и давления (рис. 3). Жидкость с абразивным материалом из общего бака-накопителя поступала по нагнетательному трубопроводу на прием насоса, проходила через насос и по сливному трубопроводу возвращалась в бак. В качестве абразивного материала использовался кварцевый песок в количестве 10 г/л, включающий равное соотношение крупных (0,5–1 мм)

и мелких (20–30 мкм) частиц. По мере того как абразив измельчался и терял свои свойства, он заменялся на новый (через 1–2 часа, в зависимости от программы испытаний). Частота вращения вала при испытаниях составляла до 6000 об/мин. До начала и после каждого цикла испытаний производилось измерение расходно-напорной и мощностной характеристик установки, а также износа деталей насоса как по массе, так и по ряду характерных размеров. В качестве отправной точки для данной методики были взяты данные по наработкам УЭЦН 5А габарита, реального эксплуатационного фонда скважин. Мы сделали выборку по отказам, вызванным абразивными разрушениями и заклиниванием насосов. Конструктивная надежность секций в реальных эксплуатационных условиях (КВЧ 150 мг/л, периодические выбросы до 500 мг/л) составила 750 суток. Аналогичная секция была испытана в стендовых условиях: при заданных параметрах наработка составила 5 часов. Таким образом, выбранная методика позволяет ускорить ресурсные испытания, получить результаты за 4–10 часов вместо 2–3 лет скважинных испытаний (1 час на стенде соответствует примерно 150 суткам в скважине).

МЕХАНИЗМ ОТКАЗОВ ПРИ ВЫСОКИХ ОБОРОТАХ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА

После 4 часов испытаний УЭЦН серийной плавающей сборки при частоте 6000 об/мин мы получили резкое ухудшение характеристик – увеличение потребляемой мощности в рабочем диапазоне, снижение расходно-напорных характеристик и значительное снижение КПД (рис. 4). В данном случае основной причиной разрушения стал износ нижнего уплотнения ступени (карбонитовых шайб), вплоть до контакта металла по металлу.

Рис. 4. Испытания УЭЦН серийной плавающей сборки
Рис. 4. Испытания УЭЦН серийной плавающей сборки
Рис. 5. Испытания УЭЦН серийной компрессионной сборки
Рис. 5. Испытания УЭЦН серийной компрессионной сборки
Рис. 6. Падение напора и КПД УЭЦН серийной сборки
Рис. 6. Падение напора и КПД УЭЦН серийной сборки

При испытании установки серийной компрессионной сборки после 1 часа испытаний на частоте 4500 об/мин произошло значительное снижение напора во всем диапазоне (рис. 5). В данном случае износ происходил по границе направляющего аппарата и рабочего колеса. Причиной падения характеристик служило увеличение утечек в ступени (рис. 6).

НАПРАВЛЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИИ НАСОСОВ

Дальнейшие работы были направлены на устранение проблем, возникающих при эксплуатации УЭЦН плавающей и компрессионной сборки. В частности, были изменены конструкции ступени. В УЭЦН компрессионной сборки в нижней части ступени было добавлено дополнительное лабиринтное уплотнение, а в серийной плавающей сборке – применены твердосплавные осевые подшипники.

Рис. 7. Изменение напора секций УЭЦН исходной и усовершенствованной конструкции
Рис. 7. Изменение напора секций УЭЦН исходной и усовершенствованной конструкции

Эти усовершенствования позволили существенно увеличить ресурс работы двух видов сборок УЭЦН, в частности, оптимизировать напор секций (рис. 7). Наилучшие эксплуатационные характеристики в процессе испытаний продемонстрировала плавающая сборка насоса со ступенью с твердосплавными осевыми. Износ твердосплавных подшипников за 40 часов испытаний при 4500 об/мин, соответствующих примерно 6000 суток работы в скважине, при высоте твердосплавной вставки около 5 мм, составил всего 0,8–1 мм.

ПРОГНОЗ НАРАБОТКИ ЭЭУ

На основе проведенных испытаний можно спрогнозировать показатели наработки на отказ УЭЦН плавающей и компрессионной сборки в скважинных условиях.

Если за критерий отказа взять 20%-ное падение напора, то ожидаемая конструкционная наработка УЭЦН плавающей сборки с твердосплавными осевыми подшипниками составит 3600 суток, компрессионной сборки с лабиринтным уплотнением – 1200 суток.

Этот прогноз справедлив для КВЧ 500 мг/л. При КВЧ 1000 мг/л и том же индексе агрессивности наработка будет примерно вдвое меньше.

Эти и некоторые другие конструктивные изменения позволяют энергоэффективным УЭЦН сохранять ресурс при работе до 6000 об/мин на уровне серийных установок, работающих на 2910 об/мин.

Показать выдержки из обсуждения

ВЫДЕРЖКИ ИЗ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос: Алексей Владимирович, изменились ли параметры энергоэффективности после усовершенствования УЭЦН серийной плавающей и компрессионной сборки?
Алексей Долгих: По крайней мере они не ухудшились – работа УЭЦН с новыми ступеням характеризуется такими же показателями мощности и КПД, как до усовершенствования установок. Основные усилия были направлены на повышение ресурса и наработки на отказ.
Вопрос: Испытывались ли усовершенствованные УЭЦН на газожидкостных смесях?
А.Д.: Нет, таких испытаний на ГЖС мы пока не проводили, но они запланированы.
Вопрос: Подтверждены ли показатели потребляемой мощности серийного и энергоэффективного ЭЦН (237 и 180 кВт) на практике?
А.Д.: Да, эти цифры были наглядно подтверждены в прошлом году посредством прямых замеров в присутствии представителей ряда нефтяных компаний на нашем стенде-скважине в ОКББН в Москве – заявленное снижение потребления электроэнергии достигнуто. Кроме того, уже имеется опыт внедрения.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Организация сервисного обслуживания в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» и реализация программ подконтрольных испытаний нового оборудования
Применение газотермических покрытий для повышения ННО УЭЦН
Свежий выпуск
Инженерная практика №11-12/2023

Инженерная практика

Выпуск №11-12/2023

Повышение эффективности мехфонда. Работа с осложненным фондом скважин. Методы борьбы с коррозией
Методы интенсификации добычи ВВН и СВН Автоматизация мониторинга ОФОборудование для эксплуатации БС и СМД Комплексный подход к защите ВСО от коррозииИмпортозамещение в сфере ЛКМ
Ближайшее совещание
ТРУБОПРОВОДЫ ‘2024
Производсвенно - техническое отраслевое совещание

ТРУБОПРОВОДЫ ‘2024. Обеспечение целостности и эффективности систем промыслового транспорта. Лучшие практики и альтернативные решения

с 18 по 20 июня 2024 года, г. Пермь (ВАЖНО!!! место проведения - Отель "Урал")
ООО «Инженерная практика» приглашает Вас и Ваших коллег принять участие в Производственно - техническом Совещании «ТРУБОПРОВОДЫ ‘2024. Обеспечение целостности и эффективности систем промыслового транспорта. Лучшие практики и альтернативные решения». Мероприятие будет проходить в очном формате в зале Digital Hall города Перми в период с 18 по 20 июня 2024 года.
Ближайший тренинг
Механизированная добыча, Трубопроводный транспорт
Защитные покрытия для нефгаздобычи ‘2024
Тренинг-курс (программа "Наставник")

Защитные антикоррозионные покрытия '2024. Эффективные методы применения защитных покрытий в нефтедобыче.

15-17 октября 2024 г., г. Самара
Цель тренинга – ознакомление с основами материаловедения, видами покрытий, типами пленкообразующих, а также формирования профессиональных знаний в области применимости различных видов покрытий для защиты нефтепроводных и насосно-компрессорных труб. Практическая часть семинара проводится на базе аккредитованной исследовательской лаборатории, оснащенной самым современным оборудованием. При прохождение практической части занятия проводятся непосредственно на промысловых трубах и НКТ, отобранных на месторождениях. Авторский курс читают Эксперты Научно-производственного центра «Самара» (основное направление деятельности - работы, связанные с исследованиями в области защиты от коррозии элементов ТЭК (скважинное оборудование, линейные трубопроводы, емкостной парк и т.д.).