Погружной насос ( или погружной электронасос ( ЭЦН ) — это устройство, имеющее герметично закрытый двигатель , плотно соединенный с корпусом насоса. Весь узел погружен в перекачиваемую жидкость. Основным преимуществом насоса этого типа 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. поверхности для приведения в действие скважинного гидравлического двигателя, а не электродвигателя, и используются при работе с тяжелой нефтью с нагретой водой в качестве рабочей жидкости.
В. 1928 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 представляют собой многоступенчатые центробежные насосы, работающие в вертикальном положении. Жидкости, ускоряемые рабочим колесом, теряют свою кинетическую энергию в диффузоре, где происходит преобразование кинетической энергии в энергию давления. Это основной механизм работы радиальных и смешанных насосов. В HSP двигатель представляет собой гидравлический двигатель, а не электрический двигатель, и может работать как с замкнутым циклом (разделение рабочей жидкости от добываемой жидкости), так и с открытым циклом (смешивание рабочей жидкости с добываемой жидкостью в скважине с разделением поверхностей). .
Вал насоса соединен с газоотделителем или защитным устройством посредством механической муфты в нижней части насоса. Жидкости поступают в насос через всасывающую сетку и поднимаются ступенями насоса. Другие детали включают радиальные подшипники (втулки), расположенные по длине вала и обеспечивающие радиальную поддержку вала насоса. Дополнительный упорный подшипник принимает на себя часть осевых усилий, возникающих в насосе, но большая часть этих сил поглощается упорным подшипником защитного устройства.
Существуют также погружные насосы винтового типа, в них в качестве рабочего элемента используется стальной винт. Шнек позволяет насосу работать в воде с повышенным содержанием песка и других механических примесей .
Погружные насосы используются во многих сферах. Одноступенчатые насосы используются для дренажа, перекачивания сточных вод , общепромышленной перекачки и перекачки шлама. Они также популярны среди фильтров для прудов. Многоступенчатые погружные насосы обычно опускают в скважину и чаще всего используются для забора (отбора) воды в жилых, коммерческих, муниципальных и промышленных целях , в водяных и нефтяных скважинах .
Другие области применения погружных насосов включают очистные сооружения, перекачку морской воды , пожаротушение (поскольку это огнестойкий кабель), бурение водяных и глубоких скважин , морские буровые установки , механизированные подъемники , осушение шахт и ирригационные системы.
Насосы в электроопасных зонах, используемые для перекачивания горючих жидкостей или воды, которая может быть загрязнена горючими жидкостями, должны быть сконструированы так, чтобы не допустить воспламенения жидкости или паров.
Погружные насосы используются в 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 забойного гидравлического давления или увеличения депрессии) из скважины можно добыть значительно больше нефти по сравнению с естественной добычей. [ нужна цитация ] Насосы обычно имеют электрический привод, называемые электрическими погружными насосами (ESP), или, если они имеют гидравлический привод, называемые гидравлическими погружными насосами (HSP). [ нужна цитата ]
Системы ЭЦН состоят как из наземных компонентов (размещенных на производственном объекте, например, нефтяной платформе), так и из подземных компонентов (находящихся в скважине ). К поверхностным компонентам относятся контроллер двигателя (часто регулятор скорости), поверхностные кабели и трансформаторы. Подземные компоненты развертываются путем прикрепления 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 движение подземный двигатель. До недавнего времени установка ЭЦН была дорогостоящей из-за необходимости наличия электрического кабеля, идущего от источника к двигателю. Этот кабель нужно было обернуть вокруг сочлененной трубки и соединить в каждом сочленении. Новые шлангокабели для гибких труб позволяют прокладывать как трубопровод, так и электрический кабель с помощью одной традиционной установки для гибких труб. Также могут быть включены кабели для передачи данных датчиков и управления.
Подземные компоненты обычно включают в себя насосную часть и двигательную часть, при этом двигатель находится в скважине от насоса. Двигатель вращает вал, который, в свою очередь, вращает рабочие колеса насоса, поднимая жидкость по эксплуатационным трубам на поверхность. Эти компоненты должны надежно работать при высоких температурах до 300 °F (149 °C) и высоком давлении до 5000 фунтов на квадратный дюйм (34 МПа) в глубоких скважинах глубиной до 12 000 футов (3,7 км) с высокими энергетическими потребностями. до 1000 лошадиных сил (750 кВт). Сам насос представляет собой многоступенчатый агрегат, количество ступеней определяется эксплуатационными требованиями. Каждая ступень включает в себя рабочее колесо и диффузор. Каждое рабочее колесо соединено с вращающимся валом и ускоряет жидкость вблизи вала в радиальном направлении наружу. Затем жидкость поступает в невращающийся диффузор, который не соединен с валом и содержит лопасти, направляющие 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, номинальная мощность которого указана на паспортной табличке, находится в диапазоне от 7,5 до 560 кВт (при 60 Гц). [3]
Узел ЭЦН может также включать в себя: уплотнения, соединенные с валом между двигателем и насосом; сита для отбрасывания песка; и сепараторы жидкости на приеме насоса, разделяющие газ, нефть и воду. [3] ЭЦН имеют значительно более низкую эффективность при значительных долях газа, превышающих примерно 10% объема на входе в насос, поэтому отделение газа от масла перед насосом может быть важным. Некоторые ЭЦН включают водомасляный сепаратор, который позволяет повторно закачивать воду в скважину. Поскольку некоторые скважины производят до 90% воды, а подъем жидкости требует значительных затрат, обратная 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 тесные зазоры, они не очень терпимы к твердым веществам, таким как песок.
В мире используется как минимум 15 марок нефтепромысловых ЭЦН.
Кабели погружных насосов представляют собой электрические проводники, предназначенные для использования во влажном грунте или под водой, а их типы специально разработаны для условий окружающей среды насоса. [5] [6] [7]
Кабель для погружного насоса — это специализированное изделие, предназначенное для использования с погружным насосом 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 чрезвычайно строгими, так и агрессивными. Таким образом, кабель погружного насоса можно использовать как в пресной, так и в соленой воде. Он также подходит для непосредственного захоронения и внутри отливок 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 могут варьироваться в зависимости от использования, предпочтений и насосного инструмента установщика. Кабели насосов изготавливаются одно- и многожильными 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 вся оболочка кабеля также может иметь цветовую маркировку.
В 3- и 4-жильном кабеле, как показано на изображении типов SPC справа , в качестве проводника используется обычная медь/луженая медь.
Вместе с тремя сотрудниками Арутунов построил и установил первый ЭЦН на нефтяной скважине на месторождении Эльдорадо недалеко от Бернса, штат Канзас.
1929: Pleuger разрабатывает погружной турбонасосный двигатель.
