1387

Втом случае, когда применяется групповой самозапуск или блоки управления при индивидуальном самозапуске устанавли­ ваются в группе двигателей, запускаемых после восстановления напряжения без выдержки времени, реле времени РВ не мон­ тируются, а замыкающий вспомогательный контакт КЛ шун­ тируется перемычкой. Кроме описанной схемы блока сущест­ вуют еще три ее модификации.

Впервой из них (рис. 8.8,6) предусматривается управление двигателем станка-качалки в зависимости от давления в выкид­ ном коллекторе. При отсечении скважины на приеме групповой установки резко увеличивается давление в выкидном коллек­ торе и замыкается контакт БД электроконтактного манометра. Реле Р5 возбуждается и самоблокируется своим контактом, дру­ гой контакт этого реле Р5 разрывает цепь катушки КЛ, что при­ водит к отключению двигателя. При достижении давлением нормального значения замыкания контакта НД манометра, воз­ буждается катушка реле Р4, обесточивается реле Р5 и контакт последнего восстанавливает цепь питания катушки КЛ и реле времени РВ, в результате чего осуществляется самозапуск уста­ новки.

Во второй модификации (рис. 8.8, в) предусматривается уп­ равление двигателем в режиме периодической эксплуатации скважины. Для этой цели применяется реле времени Р4, кото­ рое своим контактом по заданной программе попеременно за­ мыкает и размыкает цепь катушки КЛ, чем определяется про­ должительность включенного и отключенного состояния двига­

теля. Промежуточное реле Р5	служит для	возврата	реле Р4
в исходное положение.	необходима	в тех	случаях,
Периодическая эксплуатация

когда приток нефти настолько мал, что не обеспечивает нор­ мального заполнения насоса при непрерывной откачке насосами малого диаметра с минимальным числом качаний.

Третья модификация схемы предусматривает управление двухскоростным двигателем короткоциклового электропривода.

§ 48. Установки с погружными бесштанговыми насосами

Погружные бесштанговые центробежные насосы приводятся в действие электродвигателем, помещенным в скважине, сов­ местно с насосом. Благодаря этому устраняется длинная дви­ жущаяся механическая связь (штанги) между приводом и на­ сосом, входящая основным элементом в глубиннонасосную установку с плунжерными насосами. Это позволяет повысить мощность погружного насоса, т. е. его напор и подачу, применить центробежный тип насоса, наиболее подходящий для больших отборов жидкости из скважины. Полезные мощности бесштанговых насосов, достигаемые при эксплуатации скважин, в 1,5— 3 раза больше, мощностей штанговых.

311

Вместе с тем при использовании бесштанговых насосов, хотя и упрощается комплекс сооружений на поверхности, но сильно усложняется, погружное оборудование.

Бесштанговая насосная установка с погружными центробеж­ ными насосами состоит из следующих основных элементов

Рис. 8.9. Основные элементы бесштанговой на­ сосной установки

(рис. 8.9): погружной	центробежный насос	1
с сетчатым фильтром	и специальный электро­
двигатель 3 с гидрозащитой (протектором)		2,

подвешенные в скважине на насосных трубах; специальный питающий кабель 5, крепящийся

в скважине к насосным трубам с помощью

11' скоб кабель, намотанный на барабан 4; транс- i t

оформатор или автотрансформатор 7 и стан­ ция управления 8. В колонне труб выше на­

	I	соса устанавливается	обратный клапан 6,
		предназначенный для	удерживания столба
	з -г

Iжидкости при остановке насоса и облегчения условий последующего пуска. Выше обрат­

ного установлен спускной клапан 9, обеспечи- L--J вающий слив жидкости при подъеме агрегата.

Погружной насос имеет большое число ступе­ ней, каждая из них состоит из рабочего колеса и направляю­ щего аппарата, собранных на валу и вставляемых в стальную трубу — корпус насоса. Нижняя часть насоса с полостью всасы­ вания жидкости отделена от протектора и двигателя специаль­ ным сальником.

312

В СССР серийно выпускаются центробежные насосы ЭЦН около 30 типоразмеров с подачей от 40 до 500 м3/сут с номи­ нальным запором от 445 до 1480 м.

Для работы в сильнообводненных скважинах с содержанием в жидкости повышенных количеств песка были разработаны и внедрены в эксплуатацию специальные износоустойчивые на­ сосы ЭЦНИ с некоторыми конструктивными изменениями (при­ менены резина, пластмасса, хромистые стали), что повысило стойкость насоса против износа и коррозии.

§ 49. Погружные электродвигатели и их гидрозащита

Для, привода центробежных погружных насосов изготовля­ ются специальные погружные электродвигатели ПЭД, которые должны удовлетворять следующим требованиям работы в сква­ жине:

диаметр двигателя должен быть несколько меньше нормаль­ ных диаметров применяемых обсадных колонн (обычно двига­ тели имеют диаметры 103, 123 и 170 мм); при заданной мощ­ ности выполнение двигателя с малым диаметром вызывает уве­ личение его длины, достигающей 7—8 м;

для уменьшения, размеров агрегата и увеличения его подачи желательно применение высокоскоростных двигателей, поэтому двигатели ПЭД рассчитывают на синхронную частоту враще­ ния 3000 об/мин при частоте 50 Гц;

двигатель должен быть защищен от попадания внутрь пла­ стовой жидкости, поэтому применяют маслонаполненные ма­ шины, внутри которых поддерживается избыточное давление до

0,2 МПа относительно внешнего гидростатического	давления
в скважине;	повышен­
двигатель должен быть рассчитан на работу при

ной температуре окружающей среды, т. е. при температуре жидкости скважины в месте погружения двигателя; обычно изо­ ляцию двигателей выбирают маслостойкой и теплостойкой, и двигатель рассчитывают на внешнюю температуру до 70° С.

Устройство погружного двигателя ПЭД показано на рис. 8.10. Корпус статора 2 представляет собой стальную трубу, в которую запрессованы магнитные пакеты статора 9 длиной 320—450 мм, набранные из электротехнической стали. Статор состоит из от­ дельных магнитных пакетов (секций), разделенных короткими пакетами 8 из немагнитного материала. Двухполюсная обмотка статора 3 выполнена общей для всех его секций. Ротор 7 также состоит из отдельных секций с длиной каждой секции, отвечаю­ щей магнитному пакету статора. Каждая секция ротора создает свою короткозамкнутую электрическую цепь (беличье колесо), не связанную с цепями других секций ротора, сидящих на об­ щем валу. Между секциями ротора установлены промежуточ­ ные подшипники качения 1, опирающиеся на немагнитные

313

пакеты 8 статора, предотвращающие касание ротора о статор, которое было бы неминуемым при длинном роторе и малых воз­ душных зазорах, не превышающих у этих машин 0,4 мм.

Ротор	закрепляется в верхней части двигателя — подвеши­
вается на	верхнем подпятнике — радиально-упорном подшип­

нике 6. Корпус двигателя заканчивается в верхней части голов­ кой 5, которая закрывает лобовые части обмотки, содержит узел вывода статорной обмотки 4 и обеспечивает присоединение про­ тектора. Нижние лобовые части обмотки закрываются основа­ нием двигателя 12, в котором размещаются, масляный фильтр 11 и клапан 13.

Внутренняя полость двигателя заполнена специальным ма­ ловязким маслом, которое циркулирует внутри машины под дей­ ствием турбинки 10, насаженной на вал ротора. Оно проходит по отверстию внутри вала двигателя, по каналам между корпу­ сом и внешней поверхностью статорных пакетов и попадает в фильтр И. Благодаря циркуляции масла достигается более интенсивное охлаждение электродвигателя с выравниванием температур наиболее нагретых и менее нагретых частей ма­ шины. Полость двигателя заполняется маслом через клапан 13.

Для защиты двигателя от попадания внутрь его корпуса пластовой жидкости применяется специальная гидрозащита.

Для двигателей, выпускавшихся до 1973 г. и широко распро­ страненных на промыслах, в качестве гидрозащиты применя­ ется протектор (рис. 8.11, а). Корпус протектора 7 представляет собой стальную трубу несколько меньшего диаметра, чем у дви­ гателя, внутри которой ниппель создает две камеры 6 и 12, за­ полненные соответственно густым и жидким маслом. Внутри протектора проходит вал, соединяющий двигатель с насосом. Вал отделяется от камер втулками 5 и 11. Через отверстия 4 в корпусе протектора поршню 8, находящемуся в камере 6, пе­ редается гидростатическое давление жидкости в скважине. Кроме этого давления на поршень 8 действует также усилие пружины 9. Густое масло под избыточным давлением проходит в нижнюю камеру протектора 12 через зазор между валом, че­ рез трубку 5 и трубку отстойника 3. Жидкое масло проходит из камеры 12 в полость электродвигателя через отверстие 2 в трубке 11. При возможных утечках масла через резьбовые и фланцевые соединения этим поддерживается заполнение полости двигателя жидким маслом под избыточным давлением, равным давлению жидкости в скважине, сложенному с давлением, соз­ даваемым пружиной 9. Густое масло, как более тяжелое, нахо­ дится на дне отстойника и не смешивается с жидким. Камера 12 протектора заполняется жидким маслом через клапан / или че­ рез нижний клапан двигателя. При этом должна быть вывин­ чена пробка 10 для выпуска воздуха.

Для повышения надежности работы насосного агрегата и увеличения продолжительности межремонтного периода были

315

разработаны новые конструкции гидрозащиты (типов ГД и Г), которые могут быть применены к ранее изготовленным насосам

идвигателям.

С1977 г. погружные агрегаты выпускаются промышлен­ ностью с гидрозащитой типа Г, в которой применяется только один вид масла (маловязкого), не создающей в системе двига­ теля избыточное давление. Гидрозащита состоит из двух узлов: компенсатора 2, присоединяемого к нижней части электродви­ гателя 1, и разделительной камеры (протектора) 3, устанавли­ ваемой между электродвигателем и насосом 12 (рис. 8.11, б).

Компенсатор 2 с гибким эластичным элементом 15 предназна­ чен для, передачи давления в скважине маслу в электродвига­ теле. В корпусе протектора 3 размещена гибкая диафрагма 4, разделяющая его на две полости 9 и 14.

В верхней части полости 9 имеется уплотнение 5, нижняя часть ее сообщается с полостью электродвигателя.

Обратный клапан 7 при его открытии пропускает в полость 14 пластовую жидкость, а трубка 8 соединяет верхнюю и ниж­ нюю части этой полости, когда диафрагма прилегает к стенкам корпуса (показана в этом положении пунктиром).

Осевая опора вала насоса помещена в протекторе и выполне­ на в виде двусторонней пяты 16. На валу 6 предусмотрено еще одно торцевое уплотнение 17, что позволяет обойтись без созда­ ния избыточного давления в системе электродвигатель-компен­ сатор.

Валы двигателя 10, протектора 6 п насоса 11 соединяются между собой шлицевыми муфтами.

Обе полости 9 и 14, как и двигатель, залиты жидким маслом. После включения двигателя в работу находящееся в его кор­ пусе масло нагревается, увеличиваясь в объеме, что приводит

кувеличению объема гибкого элемента компенсатора 2. Вслед­ ствие давления столба жидкости в скважине на гибкий элемент компенсатора 15 объем внутренней полости 9 протектора будет заполняться маслом из двигателя, а масло из полости 14 будет выходить в зону над уплотнением 5 к пяте 16 и торцевому уплот­ нению 17. Масло из полости 14 расходуется более интенсивно, чем оно поступает из двигателя через торцевое уплотнение 5. Диафрагма 4 будет постепенно расширяться и перемещаться

кстенкам корпуса 3.

317

После того как из полости 14 израсходуется все масло, в нее начнет поступать через клапан 7 скважинная, жидкость. Нефть всплывает вверх и поступает к пяте 16, смазывая ее, а вода осаждается внизу. Трубка 8, соединяющая нижнюю часть полости 14 с верхней, способствует поступлению скважин­ ной жидкости в верхнюю часть этой полости после того как диа­ фрагма 4 прижмется к внутренней стенке корпуса 3 протектора.

Если в скважине окажется вода, она будет в полости 14 скапливаться, внизу под маслом, а пята 16 будет смазываться находящимся над водой маслом.

С расходом масла из полости 9 ее объем будет уменьшаться; гибкая диафрагма 4 будет сокращаться по диаметру и в по-

Таблица 8.3 Технические данные погружных электродвигателей ПЭД

Тип двигателя

Параметры

Номинальная мощность Р н, кВт Частота вращения, об/мин

Напряжение, В

к п д , % .

cos ф

мп/мн

Температура окружающей среды 0О. с, °С

ПЭДЮ-103	ПЭД20-103	ПЭД28-103	ПЭД40-103	ПЭД45-117	ПЭД65-117	ПЭД17-123
10	20	28	40	45	65	17
2820	2800	2790	2745	2820	2S50	2880
350	700	850	1000	1400	2000	400
70	74 ,5	73	72	81	8 0 ,5	76
0 ,7	0,7 6	0,73	0,7 8	0,845	0 ,8 4	0,7 9
2 ,8	2 ,5	2 ,5	2 ,5	2 ,0	2 ,0	2 ,6
70	70	70	55	50	50	80

Продолжение табл. 8.3

Тип двигателя

Параметры

Номинальная	мощность Р н,
кВт
Частота вращения, об/мин
Напряжение,	В
кпд, %
COS ф
м „ / м и	окружающей
Температура

среды 0О. с, °С

ПЭД35-123	ПЭД46-123	ПЭД55-123	ПЭД75-123	ПЭДЮО-123	ПЭД125-138
35	46	55	75	100	125
2850	2830	2830	2805	2775	2820
550	700	800	915	950	2000
77	77	78,5	78,5	79	84
0,83	0,84	0,81	0,82	0,83	0,83
2,0	2,0	2,2	2,1	2,2	2,0
70	80	70	55	60	50

318

лость 14 начнет проникать скважинная жидкость через кла­ пан 7.

При периодических пусках и остановках погружного агрегата масло соответственно будет нагреваться и остывать и в основном будет работать компенсатор.

Клапан 7 откроется, лишь тогда, когда все масло уйдет из полости 14 и давление в ней будет меньше давления жидкости в скважине.

Полость над уплотнением 17 соединена с пространством сква­ жины отверстием 13, что обеспечивает выравнивание давлений.

На рис. 8.11,в показана конструкция компенсатора типа Г 51.020. Он состоит из каркаса 1, резиновой диафрагмы 2, которые образуют камеру 6, заполненную трансформаторным маслом, и корпуса 3, предохраняющего диафрагму от повреж­ дения. Полость снаружи резиновой диафрагмы сообщается по­ стоянно с затрубным пространством через отверстия 4 и 5.

Технические данные некоторых типов погружных электродви­ гателей для привода центробежных насосов приведены в табл. 8.3.

Двигатели могут длительно работать с мощностью, отличаю­ щейся от мощности Рн при температуре окружающей среды, отличной от указанной в табл. 8.3. Например, двигатель ПЭД 55-123 с Рн=55 кВт при 0О.с = 70°С может нагружаться до 61 кВт при 0о. с^60° С и до 46 кВт при 70° С <0О.с^90° С.

§50. Устройства и схемы питания энергией установок

сдвигателями ПЭД

Подвод электрической энергии к погружному электродвига­ телю осуществляется специальным маслонефтестойким трех­ жильным кабелем с резиновой или полиэтиленовой изоляцией, прикрепляемым к насосным трубам с помощью металлических поясов. Верхний конец кабеля намотан на барабан, служащий для транспортировки кабеля и его спуска—подъема.

Кабельная линия в скважине выполняется плоским кабелем марки КРПБ (с резиновой изоляцией) или марки КПБП (с по­ лиэтиленовой изоляцией) на конечном участке вдоль насоса и круглым кабелем марки КРБК (КПБК) — на остальной длине линии. При этом площадь сечения плоского кабеля берется на одну ступень ниже площади сечения круглого кабеля. Примене­ ние плоского кабеля обусловлено необходимостью уменьшить поперечные размеры погружного устройства. Выпускаются ка­ бели площадью сечения 3X 16; 3x25; 3x35 мм2.

Кабели с резиновой изоляцией рассчитаны на номинальное напряжение 1100 В, на работу при температуре окружающей среды от +90 до —30° С и давлении до 10 МПа.

Кабели с полиэтиленовой изоляцией рассчитаны на номи­ нальное напряжение 2300 В, на работу при температуре окру­

319

жающей среды +90 до —55° С и давление до 20 МПа. Они обладают большей газостойкостью.

Для поддержания необходимого напряжения на зажимах по­ гружного двигателя при изменениях потерь напряжения, в ка­ беле и других элементах питающей сети, а также для питания двигателей ПЭД с различными номинальными напряжениями при стандартных напряжениях промысловых сетей применяются трансформаторы и автотрансформаторы. Зажимы низшего на­ пряжения (первичные) присоединяются к промысловой сети, а вторичные — к кабелю КРБК (КПБК).

На промыслах имеются трансформаторы выпусков прошлых лет, а также автотрансформаторы, выполненные сухими, трех­ фазными с шестью выводами у каждой фазной обмотки на сто­ роне вторичного напряжения. При этом у автотрансформаторов

можно изменять вторичное напряжение ступенями	по 30 В,
а у трансформаторов — ступенями по 50, 55, 60, 70,	80 В (для
разных типов).

В настоящее время для питания погружных электронасосов промышленность СССР выпускает силовые масляные трансфор­ маторы типов ТМП и ТМПН мощностью от 40 до 400 кВ-А.

Эти трансформаторы рассчитаны на эксплуатацию в районах с умеренным или холодным (исполнение ХЛ) климатом (табл. 8.4).

Коэффициент мощности установок с погружными электрона­ сосами, определяемый в основном cos ср электродвигателя, зна­ чительно выше, чем коэффициент мощности установок со стан­ ками-качалками. Как видно из табл. 8.3, значения costp дви­ гателей серии ПЭД лежат в пределах 0,7—0,85 при номиналь­ ной нагрузке. Они могут снижаться до 0,6—0,75 при недо­ грузках.

Установки центробежных электронасосов (ЭЦН) питаются по различным схемам:

Параметры

Номинальная мощность, кВ-А Номинальное напряжение первичной сбмоткн. В

Напряжение холостого хода вторичной обмотки, В Ступень регулирования, В

Потери холостого хода, кВт Потери короткого замыкания, кВт

Напряжение короткого замыкания, в5 Ток холостого хода, с'

Данные некоторых трехфазных

				Типы
ТМП-40/463	1-------------------	ТМП-63/611	ТМП-63/856	ТМП-100/736
40		63	63	100
380		380	380	380
370-495		391-675	657—1023	475-736
31		32	41	27—32
0,19		0,265	0,265	0,365
0,88		1,28	1,28	1,97
5,5		5.5	5.5	5,5
3,0		2.8	2.8	2,6

320