ЗАО ЭЛЕКТОН: наши идеи и перспективы

Пусковые муфты

Повышение эффективности и долговечности работы установок электроприводных винтовых насосов для добычи нефти (УЭВН) с пусковыми муфтами

Установки электроприводных погружных винтовых насосов (УЭВН) нашли широкое применение при разработке месторождений высоковязких нефтей, а также нефтей с высоким содержанием механических примесей.

Многолетний опыт эксплуатации УЭВН показал, что винтовые насосы являются одним из наиболее эффективных средств добычи на данных месторождениях. Относительно небольшая длина погружных винтовых насосов позволяет также эффективно применять их в искривленных скважинах.

Все вышеперечисленные преимущества УЭВН указывают на актуальность проведения научно-исследовательских и конструкторских работ по усовершенствованию существующих и разработке их новых видов и конструкций.

Одной из причин, влияющих на эксплуатационную надежность УЭВН является процесс запуска установки в работу.

Известно, что при запуске УЭВН на валу погружного электродвигателя (ПЭД) возникают избыточные крутящие моменты от трения стального ротора об эластомер статора, а также от динамических усилий на разгон массы ротора ПЭД и насоса. Это приводит к повышению пусковых токов до 5 раз и более, и как следствие, к использованию ПЭД и станций управления с повышенной установленной мощностью, позволяющих эксплуатировать УЭВН в данных условиях.

Известно, также, что при временной остановке работы УЭВН в скважине с вязкой нефтью, последняя, особенно в зимних условиях, может застывать в верхней части НКТ и в выкидной линии устьевой арматуры, образуя нетекучую жидкость. Прямой запуск УЭВН в этих условиях приводит к тому, что винтовой насос начинает работать в условиях "закрытой задвижки". При этом, учитывая то, что винтовой насос является насосом объемного типа действия, на выходе из него резко возрастает давление и, как следствие, возрастают удельные нагрузки на эластомерную обойму статора, что, в ряде случаев, приводит к ее разрушению.

В последнее время, для регулирования подачи погружных электронасосов и оптимального отбора пластовой жидкости все более часто используют станции управления и защиты с частотным преобразователем.

Для снижения нагрузки на эластомер статора и, тем самым, увеличения срока эксплуатации погружного винтового насоса в скважине с высоковязкой нефтью, представляется необходимым использование станций управления с частотным регулятором (СУ ЧР) для плавного, с постепенным (по программе) выходом на номинальную частоту вращения, запуска УЭВН. Однако наличие пусковых токов в 4-5 раз и более превышающих номинальные, требует использования СУ ЧР на токи 250 А и выше. Стоимость СУ ЧР данного типоразмера существенно выше используемых, в настоящее время, станций управления прямого пуска, что экономически не позволяет их широко использовать на промыслах.

С целью облегчения запуска УЭВН, в настоящее время, используются центробежные пусковые муфты. Однако их применение приводит к возникновению больших динамических нагрузок на валах насоса, ПЭДа и самой муфты, и может привести к их поломке. Следует отметить также, что в ряде случаев, например при необходимости запуска насоса при малых угловых скоростях или в приводах низкооборотных (до 750 об/мин) установок, конструкция центробежной муфты неработоспособна. В ЗАО "Электон" разработан и освоен выпуск муфты пусковой МП-103. Конструкция муфты, основным звеном которой является клиновой редуктор, позволяет во время запуска погружной насосной установки до 10 раз снижать крутящий момент на валу ПЭД (Рис.1). При этом, при достижении УЭВН рабочей частоты вращения, крутящий момент на валу ПЭД достигает величины рабочего крутящего момента и вращение ротора ПЭД напрямую передается на вал насоса.

Муфта пусковая МП-103 устанавливается между ПЭД и гидрозащитой. Технические характеристики муфты приведены в табл.1.

Табл.1
Частота вращения входного вала номинальная (max), об/мин	3000
Передаточное отношение в момент запуска	1...7
Передаваемая мощность (max)	180
Гарантийный ресурс работы, час/сут	17520/730
Температура окружающей среды, °С	150
Габаритные размеры	Ø=103, L=1200

На Рис.2 представлены записи пусковых токов при запуске винтового электронасоса ЭВНМ-5-16-1000 производства ОАО "Ливгидромаш" со стандартной компановкой и с использованием муфты "МП-103". Запись токов производилась прибором "Fluke".

Как видно из осциллограмм, использование в приводе УЭВН пусковой муфты, редуцирующей в период запуска насоса крутящий момент на валу ПЭД, в 2 раза снижает пусковые токи, что позволяет применять СУ ЧР меньшего типоразмера, стоимость которой соизмерима со стоимостью эксплуатируемых в настоящее время станций управления прямого пуска.

Таким образом, применение пусковых муфт совместно со СУ ЧР позволит, при незначительном изменении стоимости УЭВН, кратно уменьшить пусковые токи, существенно снизить нагрузки на эластомер статора, обеспечить широкое регулирование подачи насоса и, тем самым, повысить эффективность и долговечность работы установки.

В ОАО "Лукойл-Коми" на скважине № 7038 проходила опытно-промышленная эксплуатация установки с погружным винтовым электронасосом ЭВНМ-5-16-1000 производства ОАО "Ливгидромаш", с электродвигателем ПЭД22-117/4В5, системой погружной телеметрии "Электон ТМС" и пусковой муфтой "МП-103", производства ЗАО "Электон". Для управления и защиты погружной установки использовалась станция управления с частотным преобразователем "Электон 05-250", обеспечивая ток двигателя до 250А. Использование данной станции управления позволило регулировать подачу насосной установки от 10 до 25 м?/сутки и запускать УЭВН после остановки в течение заданного по программе времени. Установка была выведена на режим при частоте питающего тока n=26 Гц, что соответствует частоте вращения ПЭД n=780 об/мин. Пусковые токи снизились с 220 А до 95 А, что в дальнейшем позволит применять станцию управления с частотным преобразователем на токи до 100 А, стоимость которой сопоставима с применяемыми в настоящее время модернизированными станциями управления прямого пуска.

В настоящее время в ЗАО "Электон" разработан и осваивается выпуск пусковой муфты для установок погружных центробежных электронасосов (УЭЦН). Применение пусковых муфт существенно облегчит запуск УЭЦН в осложненных условиях, таких как подклинка установок при работе после гидроразрыва пласта, глушения скважины и т.д. Следует отметить, что использование пусковых муфт в УЭЦН также позволит комплектовать установки СУ ЧР меньшего типоразмера, что существенно снизит стоимость эксплуатируемого оборудования.

Шенгур Н.В.
ЗАО "Электон"
Зам. директора по маркетингу, КТН

Маслак Е.П.
ЗАО "Электон"
Инженер-конструктор