Автоматическое управление приводом погружного насоса нефтяной скважины в условиях Красноленинского месторождения

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 16 Января 2014 в 16:55, курсовая работа

Описание работы

В проекте проработан комплекс вопросов по модернизации электропривода установки электроцентробежного насоса добычи нефти. Предложена и обоснована постановка преобразователя частоты фирмы «Триол» на УЭЦН. В проекте были произведены расчёты электромеханических процессов, протекающих в электроприводе в статическом и динамическом режимах. Расчёты производились с помощью компьютерной программы Mathlab, результаты представлены в виде графиков в пояснительной записке. Также в работе было рассчитано электроснабжение данной установки.

Файлы: 1 файл

Автоматическое управление приводом погружного насоса нефтяной ск.doc

— 1.43 Мб (Скачать файл)

При решении задач создания новых  видов оборудования и технологических объектов необходимо учитывать специфику как нефтедобычи, так и освоения нефтяных месторождений. К специфике нефтедобычи относится прежде всего то, что оборудование работает под открытым небом, под воздействием атмосферных условий и отмечено непостоянство добычи нефти в различные периоды эксплуатации месторождения. Признано целесообразным оснащать нефтедобывающие предприятия оборудованием в блочном транспортабельном исполнении. Это позволяет наращивать или сокращать производственные мощности в зависимости от условий периода разработки нефтяного месторождения, что способствует повышению коэффициента использования оборудования до максимального значения. Вместе с тем блочный принцип позволяет значительно ускорить строительство объектов и ввод в эксплуатацию месторождений за счет применения индустриальных методов и резкого сокращения объема строительно-монтажных работ непосредственно на промысловых площадях. Изготовленное специализированными заводами блочное оборудование поставляется нефтедобывающими предприятиями комплектно со всеми средствами автоматики в опробованном и отлаженном состоянии. Создание технологических установок на специализированных заводах, а не монтаж их на промыслах, как это делалось раньше, позволяет решить проблему организации крупносерийного производства автоматизированного оборудования в объемах, обеспечивающих потребность всей отрасли, что обеспечит высокое качество и надежность его.

При решении задач автоматизации в качестве руководящих принципов приняты следующие: автоматизацией и телемеханизацией охватываются все основные и вспомогательные объекты; полная местная автоматизация, исключающая необходимость постоянного присутствия на объекте оперативного обслуживающего персонала; минимум информации, поступающей с объекта в пункты управления; автоматический сбор и переработка информации; автоматическая аварийная и предупредительная сигнализация с объектов. Предусматривается телемеханический контроль по уплотненным каналам связи: групповых измерительных установок, кустовых насосных станций, установок подготовки газа для газлифта, электроподстанций, расположенных на промысловой площади. Предусматривается дистанционный контроль по многопроводным каналам связи установок: сепарационных, подготовки нефти, подготовки воды, подготовки газа, сдачи товарной нефти, перекачки товарной нефти. Основными положениями определены номенклатура контролируемых параметров, периодичность контроля и сигнализация от каждого технологического объекта.

1.9 ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Технологическая схема  нефтедобывающего предприятия изображена на рис. 1.9.1.

Рис.1.9.1  Технологическая схема нефтедобывающего   предприятия:              I — нефть;         II — вода;  III — газ

Газонефтяная смесь с примесью воды си глубиннонасосных 1, фонтанных 2 и газлифтных 3 скважин поступает  по одному трубопроводу на автоматизированную групповую измерительную установку (ГУ) 4, где каждая скважина автоматически по заданной программе подключается к измерительному устройству. После измерения дебитов жидкости и газа газожидкостная смесь от ГУ поступает в сепарационную установку 7, где происходит частично отделение газа от жидкости. Далее продукция скважин по одному трубопроводу направляется в автоматизированную блочную сепарационную установку, где осуществляется отделение газа от жидкости (первая ступень сепарации). Продукция обводненных скважин по двум трубопроводам - безводной и обводненной нефти - после измерения транспортируется на центральный пункт подготовки нефти газа и воды (ЦППН). При добыче нефтей с большим содержанием парафина и большой вязкостью применяют блочные автоматизированные подогревающие печи 5 типа УН-0,2, в которых нефть подогревается, чем создаются условия для нормальной работы ГУ и для транспортировки нефти до ЦППН. В случае низких буферных давлений эксплуатационных скважин для транспортивки нефти по системе нефтепромыслового сбора применяют сепарационные установки 8 с откачкой или дожимные насосные станции (ДНС) 9. Из сепарационных установок 7 и 8 нефть направляется в концевые сепарационные установки 10. В случае большого содержания воды (выше 30%) в транспортируемой жидкости применяются сепарационные установки с предварительным сбросом воды 11. После установок 10 водонефтяная смесь поступает сначала в деэмульсационную установку 12, где происходят обезвоживание и обессоливание, а затем в стабилизационную установку 13 (горячевакуумная сепарация), предназначенную для извлечения из нефти легких углеводородных фракций. На установке 14  осуществляются учет товарной нефти по объему и массе и откачка ее на головные сооружения магистрального нефтепровода. Если обводненность нефти, поступившей на установку 14, превышает   допустимые   нормы,   нефть   автоматически   возвращается   на   повторную   обработку   в   деэмульсационную   установку 12. Выделившийся из нефти газ в сепарационных установках 7, 8, 10 и  в установке   предварительного   обезвоживания   11   компрессорными станциями 15 и 16   подается  на газоперерабатывающий  завод  17 и  на  газораспределительные пункты  6,    откуда    он    поступает    на   нефтяные   скважины, эксплуатируемые газлифтным способом. Отделившаяся на обезвоживающих установках 11 и 12 пластовая вода поступает на установки очистки пластовых вод 18, где она очищается для использования ее в системе поддержания пластового давления. С установок очистки вода подается на блочные автоматизированные кустовые насосные станции 21, откуда она поступает для закачки в нагнетательные скважины 22. На кустовые насосные станции подается также вода с водозаборных 19 и очистных 20 сооружений. Нефтепромысловое обустройство в настоящее время осуществляется с учетом максимальной централизации наиболее сложных объектов - центральных пунктов сбора и подготовки нефти, воды и газа.

1.10 ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ

На объектах  добывающих предприятий России основным видом добычи является механизированный. Наиболее перспективным способом является откачка нефти из скважины с помощью электроцентробежных погружных насосов. Этот вид механизации является наиболее экономичным как наименее энергоемкий и обеспечивающий возможности эксплуатации скважины при различных геологических и технологических условиях. 

УЭЦН предназначены для откачки  пластовой жидкости из нефтяных  скважин и используются  для  форсирования  отбора  жидкости.   Установки  относятся  к группе изделий II, виду I по ГОСТ 27.003-83.

  Климатические  исполнение  погружного   оборудования   –   5,   наземного электрооборудования – I ГОСТ 15150-69.

Центробежные насосы  получили широкое распространение, поскольку  они  дают  большой напор при  заданных  подачах  жидкости  и  ограниченных габаритах  насоса. Монтаж оборудования ЭЦН прост, так как станция управления и  трансформатор не нуждаются в устройстве фундаментов.

1.11 СОСТАВ И КОМПЛЕКТНОСТЬ УЭЦН

На рис. 1.11.1 представлены основные элементы бесштанговой насосной установки.


Рис.1.11.1 Скважина, оборудованная установкой УЭЦН

1- погружной электродвигатель, 2- протектор, 3- погружной центробежный насос, 4- кабель, 5- станция управления, 6- трансформатор, 7- барабан, 8- преобразователь частоты, 9- шкиф

Принцип действия установки следующий. Электрический ток из промысловой  сети через трансформатор и станцию  управления по бронированному кабелю поступает к электродвигателю 1.  Вращая вал насоса  3, электродвигатель приводит его в действие. Всасываемая насосом водонефтяная жидкость проходит через фильтр   и нагнетается по подъемным трубам  на поверхность. Чтобы жидкость при остановке агрегата не сливалась из подъемных труб в скважину, в трубах над насосом смонтирован обратный клапан.

Трансформаторная  подстанция преобразует напряжение промысловой сети до оптимальной  величины  на  зажимах электродвигателя  с учетом потерь напряжения в  кабеле.  Станция  управления обеспечивает  управление  работой  насосных  агрегатов  и  его  защиту   при оптимальных режимах.

  Погружной насосный агрегат,  состоящий  из  насоса  и   электродвигателя  с гидрозащитой и компенсатора, опускается в скважину на НКТ.  Кабельная линия обеспечивает подвод электроэнергии к  электродвигателю.  Кабель  крепится  к НКТ, металлическими скобами. На длине насоса и протектора  кабель  плоский, прикреплен к ним металлическим скобами и защищен от повреждений кожухами  и хомутами. Над секциями насоса устанавливаются обратный  и  сливной  клапаны.

Оборудование устья скважины  обеспечивает  подвеску  на  фланце  обсадной колонны НКТ с электронасосом и кабелем, герметизацию труб и кабеля, а  также отвод добываемой жидкости в выходной трубопровод.

Погружной насос, электродвигатель и  гидрозащита соединяются между собой фланцами и шпильками. Валы насоса, двигателя и протектора имеют на  концах шлицы и соединяются шлицевыми муфтами.

1.12 ПОГРУЖНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС

    Погружной центробежный  насос по  принципу  действия  не  отличается  от обычных центробежных насосов, применяемых для перекачки жидкости. Отличие  в том, что он многосекционный с малым диаметром  рабочих  ступеней  –  рабочих колес и направляющих  аппаратов рис.1.12.1 Выпускаемые  для нефтяной промышленности погружные насосы содержат от 1300 до 415 ступеней. Рабочие колеса  и направляющие  аппараты насосов  обычного  исполнения  изготавливают  из  модифицированного   серого чугуна, насосов коррозионностойких – чугуна типа  «нирезист»,  износостойких колес – их полиамидных смол.

Рис.1.12 Центробежный многоступенчатый насос ЭЦН

1- верхняя секция с ловильной головкой; 2- нижняя секция; 3- шлицевая муфта; 4- опорная пята; 5- корпус подшипника; 6- направляющий аппарат;                7- рабочее колесо; 8- корпус; 9- вал; 10- шпонка; 11- подшипник скольжения;          12- защитная втулка; 13- основание; 14- приемная сетка; 15- приводная муфта

Секции насоса,  связанные  фланцевыми  соединениями,  представляют  собой металлический корпус. Изготовленный из стальной трубы длиной 5500 мм.  Длина насоса определяется числом рабочих ступеней, число которых, в свою  очередь,  определяется основными параметрами насоса. – подачей и  напором.  Подача  и напор ступеней зависят от поперечного сечения и конструкции проточной  части (лопаток), а также от частоты вращения. В корпусе секций насоса  вставляется пакет ступеней  представляющих  собой  собрание  на  валу  рабочих  колес  и направляющих аппаратов.

  Рабочие колеса  устанавливаются   на  едином для секции валу и удерживается от поворота  призматической  шпонкой. Каждое рабочее колесо может свободно перемещаться по валу  в осевом  направлении, но опирается на индивидуальную для каждой ступени насоса пяту, состоящую из опорного бурта направляющего аппарата и антифрикционной шайбы из неметаллического материала, чаще всего текстолита, запрессованной в расточку рабочего колеса.

  Направляющие аппараты закреплены от поворота в корпусе ниппеля, расположенным  в  верхней части насоса.  Снизу  в  корпус  ввинчивают  основание  насоса  с  приемными отверстиями и фильтром, через  которые  жидкость  из  скважины  поступает  к первой ступени насоса.

  Верхний  конец  вала  насоса   вращается   в   подшипниках   сальника   и заканчивается специальной пяткой, воспринимающей нагрузку на вал и  его  вес через  пружинное  кольцо.  Радиальные   усилия   в   насосе   воспринимаются подшипниками скольжения, устанавливаемыми в  основании  ниппеля  и  на  валу насоса.

  В  верхней  части   насоса  находится   ловильная   головка,   в   которой устанавливается обратный клапан и к которой крепится НКТ.

1.13 ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

    Приводом    погружных    центробежных    насосов    служит    специальный маслозаполненный   погружной   асинхронный   электродвигатель   трехфазного переменного тока с короткозамкнутым ротором  вертикального  исполнения  типа ПЭД. Электродвигатели имеют диаметры корпусов 103, 117, 123,  130,  138  мм.

Поскольку  диаметр  электродвигателя  ограничен,   при   больших   мощностях двигатель имеет большую длину, а в некоторых случаях выполнения  секционным (см. рис.1.13.1).

Так как  электродвигатель  работает  погруженным  в  жидкость  и  часто  под большим гидростатическим давлением, основное условие надежной работы  –  его герметичность.

  ПЭД заполняется специальным  маловязким, высокой диэлектрической  прочности маслом с пробивным напряжением не менее 30  кВ, служащим как для охлаждения, так и для смазки деталей.

Погружной  электродвигатель  состоит   из двух сборочных единиц: электродвигателя и гидрозащиты.   Электродвигатель состоит из статора,   ротора,  головки и переводника. Корпус статора изготавливается из  стальной  трубы,  на  концах которой  предусмотрена  резьба  для  подсоединения   головки   и   основания двигателя.  Магнитопровод  статора  собирается  из  активных  и  немагнитных шихтованных жестей, имеющих пазы, в которых располагаются обмотка. Фазы обмотки соединены.

Рис. 1.13.1 Электродвигатель серии ПЭД

1 - муфта; 2 - радиально-опорный узел; 3 - верхняя головка со штепсельной колодкой; 4 - вал; 5 – циркуляционная турбина; 6 - статор; 7 – ротор;                     8 – подшипник скольжения; 9 - масляный   фильтр;   10 – основание с   обратным   клапаном

  Активная  часть   магнитопровода   совместно   с   обмоткой   создает   в электродвигателей вращающееся магнитное поле,  а  немагнитная  часть  служит опорами для промежуточных  подшипников  ротора.  К  концам  обмотки  статора припаивают выводные концы, изготовленные из многожильной медного  провода  с изоляцией, имеющий высокую электрическую и механическую прочность. К  концам припаивают штежельные гильзы, в которые входят наконечники кабеля.  Выводные концы обмотки соединяют  с  кабелем  через  специальную  штежельную  колодку (муфту) кабельного ввода.

Информация о работе Автоматическое управление приводом погружного насоса нефтяной скважины в условиях Красноленинского месторождения