Погружной насос ( или электрический погружной насос ( ЭПН ) — это устройство, которое имеет герметично закрытый двигатель , тесно соединенный с корпусом насоса. Вся сборка погружена в перекачиваемую жидкость. Основным преимуществом этого типа насоса является то, что он предотвращает кавитацию насоса — проблему, связанную с большой разницей высот между насосом и поверхностью жидкости. Погружные насосы выталкивают жидкость на поверхность, а не струйные насосы, которые создают вакуум и полагаются на атмосферное давление. Погружные насосы 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.
В 1928 году армянский инженер и изобретатель системы подачи нефти Армаис Арутюнов успешно установил первый погружной нефтяной насос на нефтяном месторождении. [1] В 1929 году компания Pleuger Pumps (сегодня Pleuger Industries ) разработала конструкцию погружного турбинного насоса, предшественника современного многоступенчатого погружного насоса. [2]
Электропогружные насосы — это многоступенчатые центробежные насосы, работающие в вертикальном положении. Жидкости, разгоняемые рабочим колесом, 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 электрический, и может быть замкнутого цикла (сохранение рабочей жидкости отдельно от добываемой жидкости) или открытого цикла (смешивание рабочей жидкости с добываемой жидкостью в скважине с поверхностным разделением).
Вал насоса соединен с газоотделителем или протектором механической муфтой в нижней части насоса. Жидкости поступают в насос через впускной экран и поднимаются ступенями насоса. Другие части включают радиальные подшипники (втулки), распределенные по длине вала, обеспечивая радиальную поддержку вала насоса. Дополнительный упорный подшипник принимает на себя часть осевых сил, возникающих в насосе, но большая часть этих сил поглощается упорным подшипником протектора.
Существуют также винтовые погружные насосы, в них в качестве рабочего элемента используется стальной винт, который позволяет насосу работать в воде с высоким содержанием песка и других механических примесей .
Погружные насосы используются во многих областях. Одноступенчатые насосы используются для дренажа, откачки сточных вод , общепромышленной откачки и откачки шлама. Они также популярны в фильтрах для прудов. Многоступенчатые погружные насосы обычно опускаются в скважину и чаще всего используются для забора (абстракции) воды в жилых, коммерческих, муниципальных и промышленных помещениях , в скважинах для воды и в нефтяных скважинах .
Другие области применения погружных насосов включают очистные сооружения, перекачку морской воды , пожаротушение (поскольку это огнестойкий кабель), бурение скважин на воду и глубоких скважин , морские буровые установки , искусственные подъемники , осушение шахт и ирригационные системы.
Насосы, используемые в электроопасных зонах для горючих жидкостей или для воды, которая может быть загрязнена горючими жидкостями, должны быть сконструированы таким образом, чтобы не допустить воспламенения жидкости или паров.
Погружные насосы используются в нефтедобыче для обеспечения относительно эффективной формы «искусственного подъема», способной работать в широком диапазоне скоростей потока и глубин. [3] [4] За счет снижения давления на дне скважины (за счет снижения давления потока на забое или увеличения просадки) из скважины можно добыть значительно больше нефти по сравнению с естественной добычей. [ необходима цитата ] Насосы, как правило, имеют электрический привод, называемый электрическими погружными насосами (ЭПН), или, если они имеют гидравлический привод, называемый гидравлическими погружными насосами (ГПН). [ необходима цитата ]
Системы ESP состоят из поверхностных компонентов (размещенных на производственном объекте, например, на нефтяной платформе), и подземных компонентов (находятся в стволе скважины ). Поверхностные компоненты включают контроллер двигателя (часто контроллер переменной скорости), поверхностные кабели и трансформаторы. Подземные компоненты развертываются путем присоединения к забойному концу колонны насосно-компрессорных труб, когда они находятся на поверхности, а затем опускаются в ствол скважины вместе с насосно-компрессорными трубами.
Высоковольтный (от 3 до 5 кВ) источник переменного тока 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 приходилось обертывать вокруг соединенных труб и подключать к каждому соединению. Новые шлангокабели для гибких труб позволяют разворачивать как трубопровод, так и электрический кабель с помощью одного обычного блока гибких труб. Кабели для датчиков и данных управления также могут быть включены.
Подземные компоненты обычно включают насосную часть и моторную часть, причем двигатель находится ниже по стволу скважины от насоса. Двигатель вращает вал, который, в свою очередь, вращает рабочие колеса насоса для подъема жидкости через эксплуатационную колонну 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) из глубоких скважин глубиной до 12 000 футов (3,7 км) с высокими требованиями к энергии до 1000 лошадиных сил (750 кВт). Сам насос представляет собой многоступенчатый агрегат, количество ступеней которого определяется эксплуатационными требованиями. Каждая ступень включает рабочее колесо и диффузор. Каждое рабочее колесо соединено с вращающимся валом и ускоряет жидкость вблизи вала радиально наружу. Затем жидкость поступает в невращающийся диффузор, который не соединен с валом и содержит лопатки, которые направляют жидкость обратно к валу. Насосы имеют диаметр от 90 мм (3,5 дюйма) до 254 мм (10 дюймов) и 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 паспортной мощностью в диапазоне от 7,5 кВт до 560 кВт (при 60 Гц). [3]
Сборки ЭЦН могут также включать: уплотнения, соединенные с валом между двигателем и насосом; сетки для отсечения песка; и сепараторы жидкости на входе насоса, которые разделяют газ, нефть и воду. [3] ЭЦН имеют значительно более низкую эффективность при значительных фракциях газа, более чем около 10% объема на входе насоса, поэтому отделение газа от нефти до насоса может быть важным. Некоторые ЭЦН включают в себя сепаратор воды/масла, который позволяет повторно закачивать воду в скважину. Поскольку некоторые скважины производят до 90% воды, а подъем жидкости является значительным расходом, повторная закачка воды перед ее подъемом на поверхность может снизить потребление энергии и улучшить экономику. Учитывая высокую скорость вращения ЭЦН до 4000 об/мин (67 Гц) и узкие зазоры, они не очень терпимы к твердым частицам, таким как песок.
В мире используется не менее 15 марок ЭЦН для нефтяных месторождений.
Кабели для погружных насосов представляют собой электрические проводники, предназначенные для использования во влажной земле или под водой, причем их типы специально разработаны для условий окружающей среды, в которых работают насосы. [5] [6] [7]
Кабель для погружного насоса — это специализированное изделие, которое используется для погружного насоса в глубокой скважине или в аналогичных суровых условиях. Кабель, необходимый для такого типа применения, должен быть прочным и надежным, поскольку место установки и окружающая среда могут быть как крайне ограничивающими, так и враждебными. Таким образом, кабель для погружного насоса можно использовать как в пресной, так и в соленой воде. Он также подходит для непосредственного закапывания в землю и в отливках скважин. Область установки кабеля для погружного насоса физически ограничена. Производители кабелей должны учитывать эти факторы, чтобы достичь максимально возможной степени надежности.
Размер и форма кабеля погружного насоса могут варьироваться в зависимости от использования, предпочтений и насосного инструмента установщика. Кабели насоса изготавливаются в одно- и многопроводном исполнении и могут быть плоскими или круглыми в поперечном сечении; некоторые типы включают в себя провода управления, а также силовые проводники для двигателя насоса. Проводники часто имеют цветовую маркировку для идентификации, и общая оболочка кабеля также может иметь цветовую маркировку.
В 3- и 4-жильных кабелях, как показано на изображении типов SPC справа , в качестве проводника используется обычная медь/луженая медь.
С тремя сотрудниками Арутюнов построил и установил первый ESP на нефтяной скважине на месторождении Эльдорадо недалеко от Бернса, штат Канзас.
1929: Pleuger является пионером в области погружного турбинного насоса
