Электрические погружные насосы в нефтяной и газовой промышленности

В нефтяной и газовой промышленности, электрических погружных насосов (УЭЦН) системы, вероятно, наиболее известен как эффективный метод искусственного подъема насосных производство жидкости на поверхность. ЭЦН особенно эффективны в скважинах с низким давлением забоя, низкий газ / нефть отношение, низкий bubblepoint, высокой обводненностью и низкой гравитации жидкость API.

За последние несколько лет, ESP технология разработана репутацию низкие эксплуатационные расходы, экономически эффективной альтернативой вертикальной турбины, разделение дела и объемные насосы в различных жидкостей наземным движением применения в нефтяной промышленности.


Искусственные технологии Лифт
Механизированная добыча использует некоторые средства для увеличения потока жидкости (например, нефть или вода с некоторым количеством газа в комплекте) на поверхности скважины. Это обычно достигается путем (1) механическое устройство внутри, например, такие как насос (2) уменьшение массы жидкости / газовой смеси через газ под высоким давлением или (3) повышение эффективности работы лифта и по скорости строк . Системы искусственного подъема необходима в скважинах с недостаточным давлением в резервуаре для повышения жидкости на поверхность. Кроме того, эти системы иногда используются в фонтанирующих скважин для увеличения естественного потока.


Более 60 процентов производства нефтяных скважин требуют некоторого типа помощью технологии подъема производства извлекаемых запасов нефти. Несколько механизированной добычи (или накачки) технологии используются, в том числе поршень лифта, ширина / ШГН, газлифт, винтовых насосов (PCP) или электрических погружных насосов.


Плунжерный лифт
Этот метод искусственного подъема в основном используется в газовых скважин для удаления относительно небольшие объемы жидкости. Функционально плунжерного подъемника обеспечивает механическое взаимодействие между производимой жидкости и газа. Используя собственную энергию и за лифт, жидкости выталкиваются на поверхность движением свободной бегущей поршня (плунжера), идущий от дна колодца на поверхность. Этот механический интерфейс устраняет жидкость запасной вариант, который повышает эффективность подъема скважины. В свою очередь, снижение средней течет забойного давления увеличивает приток.

Плунжерные путешествия обычно обеспечивается формирование газа, находящегося в межтрубном пространстве во время остановки скважины в срок. Как хорошо открывается, и трубы давление уменьшается, хранится корпус газ движется вокруг конца трубки и толкает поршень на поверхность. Это прерывистый операция повторяется несколько раз в день.


Насосы насосных штанг
Луч насосов , штанговых насосов и насосов штанговых относятся к системе искусственного подъема, который использует поверхности источника власти управлять сборка скважинного насоса. Пучка и кривошипного механизма на поверхности (часто называемый "качалки") создает возвратно-поступательное движение, которое преобразуется в вертикальное движение насосных штанг, который подключается к насосной скважине. Насос содержит поршень и клапан, чтобы придать вертикальное движение жидкости. Благодаря своей долгой истории, штанговых насосных является очень популярным средством механизированной добычи. Примерно две трети производства нефтяных скважин по всему миру используют этот тип лифта. Ограничения в этой системе технологии возникают глубокие и / или более наклонных скважинах. Штанговых насосов как правило, не применимы к морских установок.


Газлифтной системы
Газ-лифт систем, закачивать газ в сырую, иногда используется в сочетании с рабочей поверхности поршневых насосов или горизонтальные центробежные насосы. Однако, эти системы стали гораздо менее эффективными в более глубоких, наклонных скважинах. Газ-лифт системы часто увеличивают степень компонента потока вызвано сужением масштабов накопления и парафин кристалла. Кроме того, эти методы требуют избытке газа, который будет храниться на поверхности. Газ, который отделен и выпускают не так легко сохранить для обратной закачки, а газ, который закачивается быстро загрязняется кислорода, окиси углерода и сероводорода, которые могут разъедать компоненты технологической цепочки. Пожилые газлифтных систем (иногда известный в морских приложениях) обременены высокой обводненности преобразовываются чаще для УЭЦН.


Винтовые насосы
PCP является тесно связанным технологию ESP. Винтовых насосов состоят из винтового отверстия, который вращается внутри аналогичной винтовой полости. Вращения отверстие создает полости отрицательное давление (вакуум), чтобы открыть и закрыть, заставляя жидкость сквозь корпус насоса. PCP предлагает высокую производительность в добыче нефти на высокой вязкостью. Тем не менее, винтовых насосов являются уязвимыми к повреждениям от абразивных материалов и ограничен и глубине примерно 5000 футов. ПХФ не выполняют также в наклонных скважинах.


Системы ESP
Около 15 до 20 процентов почти одного миллиона во всем мире скважины закачивается с той или иной форме механизированной добычи использованием электрических погружных насосов. Кроме того, ESP системы являются самой быстрорастущей формой искусственного подъема насосной техники. Они часто считаются большой объем и глубину чемпионов среди нефтяных полей системы лифта.

Найдено в операционных системах во всем мире, ЭЦН очень универсальны. Они могут обрабатывать широкий диапазон расхода от 70 баррелей в сутки до 64 000 баррелей в сутки, или более, и поднять требования практически с нуля до целых 15000 футов подъема. Как правило, имеют более низкий ЭЦН эффективности со значительной долей газа, как правило, больше, чем около 10 процентов объема на приеме насоса. Учитывая высокую скорость вращения до 4000 оборотов в минуту и ​​плотно зазоров, они также являются умеренно терпимы твердых тел, как песок. Если твердый нагруженных потоков производства, как ожидается, специальные работы процедур и методов размещения насоса, как правило, заняты. При очень больших объемов свободного газа настоящее время скважины газовые сепараторы и / или газовых компрессоров может потребоваться вместо стандартного приема насоса.

ESP системы могут быть использованы в корпусе размером до 4,5 в наружный диаметр и может быть спроектирован для обработки загрязнений обычно встречаются в нефти агрессивных коррозийных жидкостей, таких как H2S и CO2, абразивных примесей, таких как песок, исключительно высокие температуры скважины и высокий уровень газа. Увеличение обводненности было показано, что не оказывает существенного отрицательного воздействия на производительность ESP. ЭЦН были развернуты в вертикальном, наклонно-направленных и горизонтальных скважин, но они должны находиться в прямой части корпуса для оптимальной производительности жизнь перспективе.

На цены за баррель основе ЭЦН считается экономичным и эффективным.Только с устья скважины и фиксированной или переменной скоростью контроллера видимый на поверхности, ESP системы обеспечивают компактность и низкопрофильный вариант практически для всех приложений, в том числе морских установок. В таблице 1 приводится резюме ESP искусственного приложений лифт.


Анатомия системы ESP
В УЭЦН, электродвигателей и многоступенчатый центробежный насос работает на технологической цепочки, связанные вернуться к механизму контроля поверхности и через трансформатор электрический кабель питания (см. Рисунок 1). Особое внимание должно быть уделено каждой скважины и поверхностных компонентов системы в стадии проектирования. ESP можно прокачать периодически или постоянно. Поскольку ESP может быть легко адаптирована для систем автоматизации и управления, многочисленные контроль поверхности и средства связи доступны. Кроме того, в скважине компонентов может варьироваться в зависимости от конкретного приложения и условий.
 
Скважинные компоненты многоступенчатые центробежные насосы , многоступенчатые центробежные насосы состоит из этапов с вращающимися колесами и стационарным диффузоры отлиты из нирезист с высоким содержанием никеля и железа, содержащего истиранию и коррозии свойствами. Насос этапы включают множество дополнительных функций, включая специальные подшипники и покрытий. Эти особенности позволяют насос для обработки абразивные, соли, содержащей жидкости, которые образуют месторождения масштаба и парафина или асфальтены, которые постепенно покрывают ступеней насоса и нарушить нормальное течение. Материалы, используемые в производстве компонентов насоса варьироваться в зависимости от коррозионных и абразивных природы и окружающей среды. Рабочие колеса смонтированы на вал из Nitronic 50, монель, Inconell или других высокопрочных сплавов и нержавеющей стали.

В связи с ограниченным крепления скважин диаметром, лифт или головы разработан отдельный этап является относительно низким. Этапы должны быть сложены вместе, чтобы отвечать требованиям лифт для различных приложений. Каждый этап многоступенчатых центробежных насосов добавляет энергию в жидкость в виде увеличения скорости и давления. Рабочее колесо ускоряет жидкость и увеличивает кинетическую энергию, которая затем преобразуется в потенциальную энергию (давление) в диффузор, который перенаправляет поток к следующему колесо. Диффузоры также выступать в качестве опорной поверхности, что обеспечивает дополнительную устойчивость вала насоса. Течение жидкости описывается основы классической физики, сохранения массы, импульса и энергии.

Мотор -энергии, чтобы включить насос приходит от высокого напряжения (от 3 до 5 кВ) переменного тока источника ездить специальный двигатель, который может работать при высоких температурах до 500 градусов по Цельсию и высоком давлении до 5000 фунтов на квадратный дюйм, и из глубины скважины до 15000 футов глубиной, с высокими требованиями энергии до 1000 лошадиных сил. Погружной двухполюсный, с короткозамкнутым ротором, асинхронные электродвигатели выпускаются в различных рейтингах лошадиных сил, действующих напряжений и токов для удовлетворения давления и температуры экстремальных требований. Размера двигателя предназначена для снятия оценкам, объема производства. Скважинной жидкости, проходящего через акт корпуса двигателя в качестве охлаждающего вещества. Двигатель питается от поверхности с помощью кабеля погружного электродвигателя.

Экстремальные температуры и загрязнения являются основными причинами неудачи в начале двигателя. Полностью запечатаны, скважинные ESP двигатель должен иметь исключительные возможности, чтобы рассеять или выдержать серьезный внутренний стержень температуры, требующих высоких рейтингов изоляции. Метод сборки и качество намотки, в том числе модели, важны конструктивные характеристики. Намотки, в том числе смолы используются, процесс подачи заявления и шаги, предпринятые для предотвращения пустот, очень важны меры в построении двигателя, который может противостоять разрушительной энергии встречаются в скважине.   


Печать раздела- гидрозащиты расположен между двигателем и потребления, и выполняет следующие функции:
Дома упорный подшипник, который несет осевое усилие разработан насос
Изолирует и защищает двигатель от скважинных флюидов
Выравнивает давление в стволе скважины с давлением внутри двигателя
Компенсирует расширения и сжатия моторного масла из-за внутренних изменений температуры  


Печать раздела может быть использована в сочетании конфигурации для повышения защиты двигателя. Они доступны в тип пакета и лабиринт в стиле дизайна в соответствии с конкретными приложениями. газа Separator/Compressor- входном отверстии погружной насос работает как всасывающий коллектор, питающий и жидкости к насосу. В стандартных приложениях, потребление раздел может быть простой адаптер отверстие входа подключены между раздел печатью и корпус насоса. В приложениях с высокой газ / нефть соотношения (ГЭР) и нижней забойного давления, а жидкость может содержать значительные количества свободного газа. Газовый сепаратор, предназначенный для разделения газа и жидкости перед поступлением в насос, заменяет потребление раздел в таких приложениях, applications.In, где количество свободного газа не могут быть решены эффективно, поворотные сепараторы газа, тандем поворотный сепараторы газа, большого объема сепаратора или газовый компрессор может быть использован. Использование газового компрессора представляет камеру сжатия вниз по течению от сепараторов тандем газа. Камеры сжатия позволяет свободный газ сжиматься обратно в раствор одновременно разбивать большие пузыри газа в более усредненный решение, погружной насос может работать без газа замок. 
скважинного датчика- прочный датчик скважины и поверхностью спутника интерфейсный блок обеспечивает надежную, точный поиск критических систем реального времени и параметры скважины производительностью. Multi-канал данных датчиков для измерения потребления давления скважины и моторного масла или температуры обмотки, давление насоса разряд, вибрация, ток утечки и расхода. ESP система контроля и сигнализации достигается путем мониторинга в реальном времени фактического показания скважины, снижая неприятность отключений вызвано неточной перегрузки и недогрузки настройки усилителя нагрузки. Поверхность интерфейс может быть достигнуто через постоянное цифровой дисплей, портативный регистратор данных компьютера или ноутбука. Удаленный мониторинг данных из веб-компьютеры также возможно. 

Кабель питания, наличии в квартире или круглой конфигурации, специально разработаны и изготовлены кабельные системы обеспечивают надежность в суровых условиях, горячий, болтливый и агрессивных условиях в большинстве приложений скважины ESP. Различных материалов, долг диапазонов и сооружений позволяют выбрать конкретный кабель для конкретных приложений. Кабель подключается к верхней части двигателя, достигает стороны насоса, привязанными к внешним каждого стыка труб от двигателя к поверхности скважины и распространяется на поверхности коробки управления. В большинстве случаях, кабель плоский, как она тянется от двигателя до возле насоса трубку, после чего плоский кабель сращены с первого раунда. Большинство кабелей имеют металлический щит, чтобы защитить их от повреждений. Правильный выбор кабеля может значительно повысить общую производительность системы, так как значительные потери мощности могут возникнуть при проведении власть через кабель, который может быть продлен до тех пор, как 15 000 футов, почти в три мили.   


Поверхность компоненты
Трубы глава -голова труб предназначена для поддержки строк скважинных труб и обеспечивает печать разрешить сетевой кабель проходит через устье скважины. Этот знак, как правило, предназначены для хранения не менее 3000 фунтов на квадратный дюйм.   
Фиксированная или переменная скорость контроллеры и диски- RTU Интеллектуальные программируемые контроллеры (с фиксированной скоростью или с переменной скоростью) поддерживать надлежащий поток электричества к насосу двигателя. Они позволяют также будет работать непрерывно или с перерывами, или быть отключен. Они также обеспечивают защиту от скачков напряжения в электросети или другие изменения электроэнергии.

Преобразователя частоты (ПЧ) предлагает УЭЦН непрерывным потоком переменной долгом и контроля давления, которое в свою очередь, повышение производительности, гибкости процесса контроля и экономии энергии. Прямой контроль над скоростью насоса обеспечивает максимальную эффективность системы и сокращает расходы на содержание по сравнению с по линии (полное напряжение) операции. VSD обеспечивает существенное снижение напряжения пусковые характеристики устройства плавного пуска в сочетании с непрерывным режимом работы переменной частотой долг. Это непосредственно приводит к увеличению жизни механического оборудования и снижение частоты простоев.

Трансформеры- трансформатор электрических устройств, что требует электроэнергии одного напряжения и меняет его на другое напряжение. Трансформаторы, как правило, находится на окраине аренды участка. Электроэнергии трансформатор изменений осуществляется через коммерческие линии электропередачи в соответствии с напряжением и силой тока требованиям ESP двигателя.   

Электропитание системы, электроэнергии, как правило, предоставляется на коммерческой системы распределения электроэнергии. Самое высокое доступное напряжение производит наиболее эффективной работы. В морских применений, характер питания строго зависит от портативных источников, а именно, что от дизель-генератора. В ситуации, когда генератор подачей питания первичной, строгие требования к конструкции должны быть признаны в целях предотвращения дорогостоящих, трудоемких недостаточности и / или редизайн и модернизация. Выбор генератора требует тщательного расчета требования к системе электропитания он предназначен для поставки.

Электрический погружной насос (ESP) системы в настоящее время предоставляет конкретные решения для широкого спектра поверхности жидкости движение приложений. Эти системы имеют прямой привод, многоступенчатые центробежные дизайн подходит для большинства высокого давления, низкого и среднего объема и экологически уязвимых приложений. Опираясь на прочный месторождения ESP технологии, эти поверхности насосных систем (СПС) (рис. 3) разработали репутацию в качестве альтернативы вертикальной турбиной, сплит-случай (SC) и объемных (PD) насосов.

В таблице 2 приведено сравнение СПС как объемные поршневые и центробежные сплит-случай (SC) насосов. Хотя некоторые из вопросов, перечисленных влияние предварительные соображения дизайна, другие обеспечивают сравнение многолетний различия.

Предлагая низким профилем поверхности в сочетании с тихой вибрации операции, эти поверхностные насосы могут быть электро-, газо-или дизельный. Они как правило, может обрабатывать до 2000 мин (64000-bfpd) и сброса давления вплоть до 6000 фунтов на квадратный дюйм. Они отличаются гибкостью, что облегчает монтаж и обслуживание на месте с минимальной подготовкой сайта.


СПС технология доказала свою эффективность для многих жидкости для обработки приложений в нефтяной промышленности, в том числе:
Производится закачка воды
Производится водоотведения
Заводнения инъекций
Вымойте циркуляции воды 
Трубопровод руля
CO2 инъекции наводнения / усилитель
Сырая нефть передачи
ШФЛУ / пропан, этан, амины и другие услуги по транспортировке газа
Конденсат передачи
FPSO транспортировки жидкостей
Жидкость для скважинных насосов струя / гидравлических насосов


Заключение
В системе проектировщиков и операторов оценить затраты, требования к техническому обслуживанию, окружающую среду, эффективности и гибкости, они находят все больше применений, где многоступенчатые центробежные насосные системы обеспечивают преимущества для скважинного и наземного применения.