ESP図

ESP - 電動水中ポンプの設置、英語版では - ESP (電動水中ポンプ)。 このようなポンプが稼働する油井の数という点では SRP ユニットに劣りますが、その支援によって生産される石油の量という点では ESP は他の追随を許しません。 ロシアの全石油の約 80% は ESP を使用して生産されています。

一般に、ESP は、薄くて長いだけの通常のポンプ ユニットです。 そして彼は、そこに存在するメカニズムに対する攻撃性を特徴とする環境で働く方法を知っています。 これは、水中ポンプユニット (油圧保護付き電気モーター + ポンプ)、ケーブルライン、配管ストリング、坑口装置、地上装置 (変圧器および制御ステーション) で構成されます。

ESP の主なコンポーネント:

ESP（電動遠心ポンプ）- 設置の重要な要素であり、実際に液体を井戸から地表まで持ち上げます。 これは複数のセクションで構成されており、各セクションはステージ (ガイド ベーン) と、シャフト上に組み立てられスチール ケーシング (パイプ) に囲まれた多数のインペラで構成されます。 ESP の主な特性は流量と圧力であるため、各ポンプの名前にはこれらのパラメータが含まれています。 たとえば、ESP-60-1200 は、1200 メートルの圧力で 60 m 3 /日の液体をポンプで送り出します。

SEM（水中電動機）– 2 番目に重要な要素。 特殊なオイルが封入された非同期電動機です。

プロテクター（または防水）– 電気モーターとポンプの間にある要素。 油が満たされた電動モーターと地層流体が満たされたポンプを分離し、同時にモーターからポンプに回転を伝達します。

ケーブル、その助けを借りて、水中モーターに電気が供給されます。 装甲ケーブル。 表面およびポンプ降下深さまでは円形断面（KRBK）であり、ポンプおよび油圧保護に沿った水中ユニットの領域では平ら（KPBK）です。

オプション装備:

ガス分離器– ポンプ入口のガス量を減らすために使用されます。 ガスの量を減らす必要がない場合は、単純な入力モジュールが使用され、そこを通じて井戸の流体がポンプに流入します。

TMS– 温度計システム。 温度計と圧力計がひとつになった製品です。 これにより、坑井内に降ろされたESPが動作する環境の温度と圧力に関する地表のデータが得られます。

この設備全体は、井戸内に降ろされるときに直接組み立てられます。 それは、特別な金属ベルトで設置自体とそれがすべてぶら下がっているチューブに固定されているケーブルを忘れずに、下から上に順番に組み立てられます。 地上では、ケーブルは昇圧変圧器 (TMPT) とブッシュの近くに設置された制御ステーションに供給されます。

すでにリストされているコンポーネントに加えて、逆止弁と排水弁が電動遠心ポンプの上の配管ストリングに取り付けられています。

逆止め弁(KOSH - ボール逆止弁) は、ポンプを始動する前に配管パイプに液体を充填するために使用されます。 ポンプ停止時の液体の流出も防ぎます。 ポンプの作動中、逆止弁は下からの圧力により開いた位置にあります。

その上 逆止め弁取り付けられた ドレンバルブ（KS）、井戸からポンプを持ち上げる前にチューブから液体を排出するために使用されます。

電動遠心水中ポンプには、深型遠心水中ポンプに比べて大きな利点があります 吸盤ロッドポンプ:

• 地上設備の簡素化。
• 井戸から1日あたり最大15,000 m 3 の液体を採取する可能性。
• 深さ3000メートルを超える井戸で使用できること。
• 修理間の ESP 耐用年数が長い (500 日から 2 ～ 3 年以上)。
• ポンプ装置を持ち上げずに井戸内で研究を実施する可能性。
• 配管の壁からパラフィンを除去するための、より労力の少ない方法。

電動遠心水中ポンプは、深い油井や傾斜した油井（水平油井でも）、大量に水を含む井戸、臭化ヨウ素水、塩分濃度の高い地層水の井戸などで、塩や酸の溶液を汲み上げるために使用できます。 さらに、電動遠心ポンプは、146 mm および 168 mm のケーシングストリングを備えた 1 つの坑井内で複数の水平線を同時に個別に運転できるように開発および製造されています。 油層の圧力を維持するために、鉱化した地層水を油層に注入するために電動遠心ポンプが使用されることもあります。

ESP の設置は複雑な技術システムであり、遠心ポンプのよく知られた動作原理にもかかわらず、独自の設計要素のセットです。 回路図 ESP を図に示します。 6.1. インスタレーションは水上と水中の 2 つの部分で構成されます。 接地部分には単巻変圧器 1 が含まれます。 制御局２； 場合によっては、ケーブルドラム 3 と坑口装置 4 も含まれます。水中部品には配管ストリング 5 が含まれており、その上で水中ユニットが坑井内に降ろされます。 外装付き 3 芯電気ケーブル 6。供給電圧が水中電気モーターに供給され、特別なクランプ 7 でチューブ列に取り付けられます。

水中ユニットは、受けメッシュ 9 と逆止弁 10 を備えた多段遠心ポンプ 8 から構成されます。水中ユニットには、ユニットを持ち上げるときにチューブから液体を排出するドレンバルブ 11 が含まれています。 下部では、ポンプは油圧保護ユニット（プロテクタ）12と連接され、この保護ユニットは水中電気モータ13と連接されています。下部では、電気モータ13は補償器14を備えています。

液体はポンプの下部にあるメッシュを通ってポンプに入ります。 メッシュは地層流体の濾過を提供します。 ポンプは流体をウェルからチューブに供給します。

ロシアの ESP 設備は、直径 127、140、146、168 mm のケーシングストリングを備えた井戸用に設計されています。 ケーシング サイズ 146 および 168 mm の場合、水中ユニットは 2 つのサイズでご利用いただけます。 1 つは、ケーシングの最小内径 (GOST による) の井戸用です。 この場合、ESP ユニットの直径も小さくなり、その結果、動作特性 (圧力、流量、効率) も小さくなります。

米。 6.1. ESP の概略図:

1 - 単巻変圧器。 2 - 制御ステーション。 3 - ケーブルドラム。 4 - 坑口設備。 5 - チューブカラム。 6 - 装甲電気ケーブル。 7 - ケーブルクランプ。 8 - 水中多段遠心ポンプ; 9 - ポンプ吸気スクリーン。 10 - 逆止弁; 11 - 排水弁。 12 - 油圧保護ユニット（プロテクター）。 13 - 水中電気モーター。 14 - 補償器

各設置には独自のコード (UETSN5A-500-800 など) があり、次の指定が採用されています。ESP の後の数字 (または数字と文字) は、ESP を押し込むことができるケーシングの最小許容内径を示します。数字「4」は直径112 mm、数字「5」は122 mm、「5A」-130 mm、「6」-144 mm、および「6A」-148 mmに対応します。 コードの 2 番目の数字はポンプの公称流量 (m 3 / sUt) を示し、3 番目の数字はおおよその圧力 (m 単位) を示し、流量と圧力の値は水上での動作に対して与えられます。

で ここ数年製造される遠心ポンプユニットの範囲は大幅に拡大しており、それは製造される機器のコードにも反映されています。 したがって、ALNAS (タタールスタン、アルメチエフスク) によって製造された ESP 設備には、「ESP」という刻印の後のコード内に大文字の「A」が付​​いており、レベディアンスキー機械工場 (クルスク地方、レベディアン、JSC Lemaz) の設備には、大文字の「A」が付​​いています。 「ESP」の文字の前に「L」の文字。 大量の機械的不純物を含む地層流体の選択を目的とした、2 支持インペラ設計の遠心ポンプの設置には、文字「L」の後、ESP (Lemaz ポンプの場合) の表記の前にコード「2」が付いています。 、刻印「ESP」の後の文字「D」（JSC「ボレット」ポンプの場合）、設置サイズ番号の前の文字「A」（ALNAS ポンプの場合）。 ESPの耐食設計は取付記号末尾の「K」で、耐熱設計は「T」で表されます。 後部ディスクに追加の渦ブレードを備えたインペラの設計 (Novomet、Perm) は、ポンプ コードで VNNP という文字指定を持ちます。

6.3. ESPインストールの主なコンポーネント、その目的と特徴

ダウンホール渦巻ポンプ

ダウンホール遠心ポンプは多段機械です。 これは主に、1 つのステージ (インペラとガイド ベーン) によって生成される低圧力値によるものです。 次に、1 つのステージの小さな圧力値 (水柱 3 ～ 6-7 m) は、ケーシングの内径と寸法によって制限される、インペラの外径の小さな値によって決まります。使用されるダウンホール設備 - ケーブル、水中モーターなど

ボアホール遠心ポンプの設計は、従来型の耐摩耗性だけでなく、耐食性も向上させることができます。 ポンプコンポーネントの直径と構成は、すべてのポンプバージョンで基本的に同じです。

従来のダウンホール遠心ポンプは、含水率が最大 99% の井戸から液体を抽出するように設計されています。 汲み上げられた液体中の機械的不純物は 0.01 質量% (または 0.1 g/l) を超えてはならず、機械的不純物の硬度は 5 モースポイントを超えてはなりません。 硫化水素 - 0.001%以下。 メーカーの技術仕様の要件によれば、ポンプ吸入口の自由ガス含有量は 25% を超えてはなりません。

耐食性遠心ポンプは、汲み上げられる地層流体に最大 0.125% (最大 1.25 g/l) の硫化水素が含まれる場合に動作するように設計されています。 耐摩耗設計により、最大 0.5 g/l の機械的不純物を含む液体をポンプで排出できます。

ステップは、各セクションの円筒形本体のボア内に配置されます。 1 つのポンプ セクションは、取り付け高さに応じて 39 ～ 200 段まで対応できます。 ポンプの最大段数は550個に達します。

米。 6.2. ダウンホール遠心ポンプの図:

1 - セグメント付きリング。 2,3- 滑らかなワッシャー。 4,5- ショックアブソーバーワッシャー; 6 - トップサポート。 7 - サポートが低い。 8 - シャフトサポートスプリングリング。 9 - スペーサースリーブ。 10 -ベース; 11 - スプラインカップリング。

モジュラーESP

高圧ボアホール渦巻ポンプを作成するには、ポンプに多くの段 (最大 550) を取り付ける必要があります。 しかし、そのようなポンプの長さ（15〜20 m）は輸送、井戸への設置、およびハウジングの製造を複雑にするため、それらを1つのハウジングに配置することはできません。

高圧ポンプはいくつかのセクションで構成されています。 各セクションの本体の長さは 6 m 以内で、各セクションの本体部分はボルトまたはスタッドを備えたフランジによって接続され、シャフトはスプライン結合によって接続されます。 各ポンプセクションには、上部軸方向シャフトサポート、シャフト、半径方向シャフトサポート、およびステップがあります。 下部のみ受けネットが付いています。 フィッシングヘッド - ポンプの上部のみ。 高圧ポンプセクションは、配置する必要があるステージの数に応じて、長さが 6 m 未満になることがあります (通常、ポンプ本体の長さは 3.4 および 5 m)。

ポンプは、インレットモジュール（図 6.4）、セクションモジュール（セクションモジュール）（図 6.3）、ヘッドモジュール（図 6.3）、チェックバルブ、ドレンバルブで構成されます。

ポンプ内のモジュールセクションの数を減らすことができ、それに応じて水中ユニットに必要な出力のエンジンを装備することができます。

モジュールとモーターへの入力モジュール間の接続はフランジで行われます。 接続部 (入力モジュールとエンジンの接続および入力モジュールとガス分離器の接続を除く) はゴムリングでシールされています。 モジュールセクションのシャフト相互の接続、モジュールセクションと入力モジュールのシャフト、入力モジュールのシャフトとエンジン油圧保護シャフトの接続は、スプラインカップリングを使用して行われます。

ケーシング長さ3.4mと5mの全グループのポンプのモジュール部のシャフトを統一しました。 吊り上げ作業中のケーブルの損傷を防ぐために、取り外し可能なスチール製リブがセクション モジュールとヘッド モジュールのベースに配置されています。 ポンプの設計により、追加の分解を行わずに、入力モジュールとセクションモジュールの間に取り付けられるポンプガスセパレータモジュールの使用が可能になります。

ロシア企業が技術仕様に従って製造した石油生産用のいくつかの標準サイズのESPの技術的特徴を表6.1と図に示します。 6.6.

最も広く使用されている設置方法は電動遠心ポンプです。

水中遠心ポンプの設置は、汲み出すように設計されています。

ESP には、地上および地下の機器が含まれます。

地下設備には以下が含まれます。 - 電動遠心ユニットの組み立て。 - ポンプパイプコラムとケーブル。

地上設備は坑口設備、制御ステーション、変圧器で構成されます。

米。 1. 1 – エンジン; 2 – ケーブル。 3 – 防水性。 4 – ESP ポンプ 5.6 – 逆止弁および排水弁。 7 – 坑口設備。 8 – 単巻変圧器。 9 – 制御ステーション。 10 – チューブ。 11 – 吸引モジュール。

動作原理: 電気遠心分離ユニットがチューブ上のウェル内に降下されます。 これは、1 つの垂直シャフト上に配置された 3 つの主要部品で構成されています。多段遠心ポンプ、電気モーター (SEM)、および電気モーターを液体の浸透から保護し、ポンプとモーターに長期の潤滑を提供するプロテクターです。 電気モーターに電力を供給する電流は、3 芯フラット ケーブルを通じて供給されます。フラット ケーブルはチューブの紐と一緒に下げられ、細い鉄のクランプ (ベルト) でチューブに取り付けられます。

変圧器は、モーターに電流を供給するケーブルの電圧降下を補償するように設計されています。 コントロールステーションの使用、エンジンの手動制御、液体供給停止時のユニットの自動シャットダウン、ゼロ保護、過負荷に対する保護およびユニットのシャットダウン 短絡。 ユニットの動作中、遠心流ポンプはポンプ入口に取り付けられたフィルターを通して液体を吸い込み、ポンプパイプを通して地表まで押し出します。 圧力に応じて、つまり 液体揚程の違いにより、段数の異なるポンプが使用されます。

28. その他のタイプのロッドレスポンプ

スクリューポンプ – 電気モーターによって駆動される水中ポンプ; ポンプ内の液体はロータースクリューの回転により移動します。 このタイプのポンプは、粘度の高い油を井戸から抽出する場合に特に効果的です。

ハイドロピストン ポンプ ポンピングユニットによって地表から井戸に供給される液体の流れによって駆動される水中ポンプです。 この場合、直径 63 mm と 102 mm の 2 列の同心パイプが井戸内に降下されます。 ポンプは直径 63 mm のパイプ内のウェル内に降下され、液体圧力によってこのパイプの端にあるシートに押し付けられます。 表面から出てくる液体はエンジンのピストンを動かし、それとともにポンプのピストンも動きます。 ポンプピストンは流体を坑井から汲み出し、作動流体と一緒に管間空間を通って地表まで送り出します。

ダイヤフラムポンプ - 容積式ポンプ。弾性プレート - ダイアフラムの形で作られた壁の 1 つの変形によってポンプ室の容積の変化が発生します。 駆動機構の可動部品 D.n. ポンプで送られる媒体と接触しないでください。D. no. 研磨性の機械物質で汚染された液体をポンプで排出するためにも使用されます。 不純物。 ダイヤフラムにはゴム（強化ゴムを含む）などの弾性材料やステンレス合金などが使用されます。 それらは（主に）波板または蛇腹の形をしています。

水中遠心ポンプの設置 汲み出すように設計された

油井、傾斜地層流体を含む

油、水、ガス、機械的不純物。 数量に応じて

揚液、ポンプに含まれる各種成分

設備は標準設計であり、耐食性と耐摩耗性が向上しています。

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導入

ロシアでは、ロッドレスポンプの中で最も一般的に設置されているのは電動遠心ポンプです。 国内の総油井ストックの 35% 以上にそれらが装備されています。 電動遠心ポンプ (ESP) の設置は、非常に広い流量範囲 (10 ～ 1000 mі/日以上) を持ち、最大 2000 m の圧力を発生させることができます。大流量領域 (80 mі/日以上) )、ESP の係数が最も高くなります。 役立つアクション（効率）あらゆる機械化された石油生産方法の中で最も優れています。 供給範囲は50〜300mі/日です。 効率 ESPは40%を超えますが、低流量領域では効率が低下します。 ESPが急激に低下します。 可能であれば、組織 リモコン ESP の状態とパフォーマンスの調整はロッドユニットよりも大幅に優れています。 また、ESP の性能は坑井の曲率による影響をほとんど受けません。

ESP の性能に対する坑井の曲率の影響は、ケーブルが損傷する可能性があるため、主にトリップおよび吊り上げ作業中に影響を与えますが、坑井の傾斜角と増加率の一定の値までは関係ありません。 SPU の場合と同様に、操作プロセス自体も同様です。 しかし、ESP は、砂が運び出される腐食環境、高温および高ガス係数の条件ではうまく機能しません。

ESP は油井から地層流体を汲み出すように設計されており、流体を強制的に引き出すために使用されます。

ポンプの信頼性の高い動作のためには、次のことが必要です。 正しい選択この井戸へ。 坑井の操業中、地層のパラメーター、地層の底孔ゾーン、および抜き取られた流体の特性は、水分含有量、随伴ガスの量、機械的不純物の量など、常に変化します。の場合は、流体が不足しているか、ポンプが空運転しているため、ポンプのオーバーホール期間が短くなります。 現時点では、納期を延ばし、その結果として液体を持ち上げるコストを削減するために、より信頼性の高い装置に重点が置かれています。 遠心ポンプはオーバーホール期間が長いため、SPU の代わりに遠心 ESP を使用することでこれを実現できます。

ESP 設置は、ガス、砂、腐食性元素を含む液体をポンプで排出するときに使用できます。

1 . デバイスと 技術仕様超能力者

1.1 ナズESPの目的と技術データ

水中遠心分離装置は、油井から地層流体を汲み上げるように設計されています。 石油生産用の水中遠心電動ポンプは、直径が小さく深さの深い井戸で、場合によっては大量の水を含む石油の操作用に設計されており、さまざまな塩が溶解した攻撃的な地層水を含む液体の中でもトラブルなく長期間動作します。ガス（硫化水素を含む）、砂の形の機械的不純物。 ポンプの浸漬深さは 2500 m 以上に達し、汲み上げられた液体の温度は 100 ℃に達することがあります。電動水中ポンプで坑井を操作するための地層流体の要件を表 1.1 に示します。

表 1.1 - ESP ユニットを使用した坑井操作における地層流体の許容可能な特性

設備が稼働する井戸は次の条件を満たしている必要があります。

a) ポンプとモーターの技術説明に従った、各設置サイズの井戸の最小内径。

b) 坑井の曲率の最大増加率は 10 メートルあたり 2 度、設置エリアでは 10 メートルあたり 3 分です。

c) 設置吊り下げ領域の最大静水圧 - 40 MPa。

d) 水中設備の操作領域では、垂直からの坑井の偏差が 60 度を超えてはなりません。

1.2 ESP の長所と短所

遠心電動ポンプの水中設置は我が国で広く使用されています。 このようなユニットを備えた油井の平均流量は 120 ～ 140 トン/日ですが、サッカーロッドポンプユニットを備えた油井の流量はわずか 15 トン/日です。 これらのユニットの大きな利点は、メンテナンスが容易で、オーバーホール期間が 1 年と長いことです。 一部の現場では、設置物が持ち上げられずに 2 ～ 3 年以上稼働することも珍しくありません。

1.2.1 電動うず巻ポンプのメリット

水中遠心電動ポンプを備えた井戸は、深井戸ポンプユニットを備えた井戸と比べて優れています。

ここの地上には、可動部品を備えた機構はなく、ポンプ椅子やその設置に必要な巨大な基礎など、金属を多用する巨大な機械もありません。

このような機器を使用すると、基礎の建設や重機の設置に多大な時間と費用を費やすことなく、一年中いつでも、最も厳しい冬の時期であっても、掘削後すぐに井戸を稼働させることができます。 ESP 坑井を操作する場合、坑口を簡単に密閉できるため、随伴ガスの収集と除去が可能になります。 ESP 設置は吸盤ロッドの中間リンクがないことを特徴としており、これにより坑井の稼働までの所要時間が増加します。

深井戸からの汲み上げ生産や、多量の水を含んだ井戸や指向性井戸からの強制流体汲み上げの適用範囲は拡大しています。

1.2.2 電動渦巻ポンプの欠点

ロッドレスポンプユニットの欠点は次のとおりです。パイプが落下した場合の井戸の修理が複雑で、結果が得られない場合があります。 高度な資格を持つ電気技師を必要とする複雑な機器。

高速走行では油が水と混ざり、油を水から分離するために多量のエネルギーを費やす必要があります。 ESP は、貯留層間への水を注入したり、油層の圧力を維持したりするためにも使用できます。

a) 液体には大量の砂が含まれており、ポンプの作動部品の急速な摩耗を引き起こします。

b) 大量のガスが含まれるため、ポンプの性能が低下します。

1.3 設備の一部

石油生産用の水中設備のセットには、油圧保護付きの電気モーター、ポンプ、ケーブル ライン、地上電気機器、および自動制御ステーションが含まれます (図 1.1)。

ポンプは電気モーターによって駆動され、地層流体を坑井から配管を通って地表にパイプラインに供給します。

ケーブル線は電気モーターに電力を供給します。 ケーブルエントリーカップリングを使用して電気モーターに接続します。

1 - 電気モーター; 2 - プロテクター。 3 - ポンプストレーナー; 4 - 水中遠心ポンプ; 5 - 特別なケーブル。 6 - ガイドローラー。 7 - ケーブルドラム。 8 - 単巻変圧器。 9 - 自動制御ステーション。 10 - ケーブル固定用ベルト

図 1.1 - ESP 装置のレイアウト

ケーブルは、ポンプの配送パッケージに含まれている金属ベルトを使用して、油圧保護、ポンプ、およびコンプレッサーのパイプに取り付けられています。

地上電気機器 - 変圧器を備えた完全な変電所または制御ステーションは、ケーブルの電圧損失を考慮して、フィールドネットワークの電圧を電気モーターに最適な出力電圧を提供する値に変換し、電気モーターの動作を制御します。水中設置と異常状態での保護。 電動ポンプは、油を封入した特殊な水中交流電動モーター、エンジンを周囲の液体の浸入から保護するプロテクター、遠心多段ポンプで構成されるユニットです。 電動モーター、プロテクタ、ポンプのハウジングはフランジによって互いに接続されています。 シャフトにはスプライン接続が付いています。 組み立てられたユニットでは、電気モーターが下部にあり、その上にプロテクターがあり、その上にポンプがあります。

電動ポンプはチューブを使用して井戸内に降下され、井戸内で追加の固定を行わずに吊り下げワッシャーに吊り下げられます。 エンジンは、柔軟なテープ外装を施したKRBKブランドの特別な耐油性の丸型3芯ケーブルを介して電気で駆動されます。このケーブルはサスペンションワッシャーを通過し、金属ベルトでポンプパイプに固定されています。 地上に制御ステーションと単巻変圧器を設置し、坑口に圧力計とバルブを設置するだけです。 水中ユニットの直径寸法を最小限に抑えるために、柔軟なテープ外装を施した特別なフラット ケーブル KRBP がそれに沿って配置され、ポンプと保護カバーに溶接されたリブによって損傷から保護されています。

完成した変電所 またはコントロールステーション

変圧器は坑口から少なくとも 20 m 離れた基礎または台座に設置および固定されます。 基礎（台座）の高さは、水の浸水や、その上に設置された機器の上を流れる雪が排除されるような高さでなければなりません。 坑口から15～20mの距離にある、 ドラムをケーブルとともに特別に準備した平らな場所に置き、ドラムを機械化されたケーブルリーラーまたはドラムが回転するサポートに取り付けます。 ドラムは、その回転軸が坑口からドラムの中央まで引いた仮想線に対して垂直になるように配置する必要があります。 ケーブルが上部から巻き戻されるようにドラムを配置すると、設置を下げるのがより便利になります。

ケーブルを降下させるときに坑井内にケーブルを誘導しやすくするために、坑口の上の低い高さに吊り下げられた、いわゆるケーブルローラーが使用されます。

パイプが昇降ユニットのオペレーターの視野に入り、作業の妨げにならないように、パイプの接続部分が坑口に面するように、ポンプとコンプレッサーのパイプおよびサブを準備して歩道またはサポートに配置します。ケーブル付き。 パイプの外側と内側の空洞はきれいでなければなりません。

水中遠心電動ポンプで坑井を運転する場合、坑口を簡単に密閉できるため、随伴ガスの収集と除去が可能になります。 小型、軽量、入手しやすいため、地上電気機器 保護カバー気候条件に応じて、屋外に直接設置することも、暖房のない小さなブースに設置することもできますが、雪の吹き流しや浸水が井戸の通常の中断のない稼働を妨げることはありません。

水中遠心電動ポンプの特徴は、メンテナンスが容易で、費用対効果が高く、運転にかかるオーバーホール期間が比較的長いことです。 修理のための吊り上げまでのポンプ運転期間は、ほとんどの場合 200 日を超えますが、多くの井戸では 2 ～ 3 年間吊り上げなしで運転されます。

1.4Ω海外施設の概要

米国では、水中ポンプは、指定された圧力に応じて、単一セクションと 2、3、4 セクションのバージョンの両方で製造されています。

バイロン ジャクソン ポンプの特徴は、他のポンプ設計と区別して、シングルセクションポンプとマルチセクションポンプの両方でポンプシャフトにヒールがないことです。 ポンプによって発生する圧力とシャフト自体の質量の結果としてシャフトの端に作用する軸方向の力は、シール (トレッド) セクションにある 5 番目の部分によって感知されます。 セクショナルポンプでは、シャフトが結合され、互いに接して、いわば 1 つの長いシャフトを形成します。 ポンプの軸方向サポートをシールセクションに配置することには一定の意味があります。 この場合のかかとは 純粋なオイル。 したがって、その信頼性は、地層流体中で直接動作するヒールよりも高くなければなりません。

Reda ポンプの最初の設計では、軸方向のシャフトサポートは、特別なチャンバー内の下部に配置された「二重」タイプのアンギュラ玉軸受の形で作られていました。

バイロン ジャクソン ポンプでは、3 ～ 4 つのセクションのシャフトの長さが 25 ～ 30 m に達する場合があります。シャフトはスプライン カップリングによって相互に接続され、シール セクションのシャフトにも接続され、両端は相互に接触します。スプラインカップリングのピンまたはワッシャー。

動作中にシャフトに安定性を与えるために、バイロン・ジャクソンは中間のゴムと金属のベアリングを使用し、それらを 6 段階に配置することを提案しました。 国内の設計とは異なり、バイロン・ジャクソンのラバーメタルベアリングは対応するステージの代わりに取り付けられるのではなく、ガイドベーンに取り付けられます。

Reda Pumpのポンプは違います デザイン個々の部分。 まず、Reda Pumpのポンプは上から見ると軸の回転方向が左回転であることに注意してください。

フィッシングヘッドとベースは、単一セクションポンプと複数セクションポンプの両方に接続できるように、別個の構造要素で作られています。 部品とアセンブリの一体化に貢献します。

ほとんどの Reda ポンプのデザインには上部にヒールがありません。 ヒールの代わりに、一部のインペラ (最大 40%) は、ポンプ シャフトの溝に固定されたストップを使用してシャフトの軸方向に厳密に固定されています。 したがって、インペラの上部は、ブッシュが互いに当接しており、軸方向の移動が防止される。

バイロン ジャクソン水中ポンプでは、ステージの浮動型インペラからの軸方向の力は、力が下向きの場合はサポートの 2 つの面で同時にガイド ベーンによって感知され、インペラが浮いている場合は 1 つの面でガイド ベーンによって同時に感知されます。 このタイプのステップ設計はダブルサポートと呼ばれます。

ダブルサポートステージは、サポートにかかる特定の負荷を軽減する必要がある場合に、Reda Pump Co.、Oil Dynamics、Oilline によっても使用されています。

単一支持ステージの設計とは異なり、二重支持ステージでは、ガイド ベーン カラー上に載置されるメイン サポートに加えて、ガイド ベーン ブッシュ上に載置される 2 番目のサポートがあります。 したがって、総面積が増加し、サポートにかかる比負荷が減少し、摩耗が減少し、耐久性が向上します。

ダブルサポートステージでは、サポートワッシャの厚さまたは対応するカラーの軸方向寸法により、サポートを 1 つずつ動作させることができます。

インペラにリリーフ穴のあるステージは、Reda Pump、Oilline、および Oil Dynamics のポンプで広く使用されています。

この設計により、軸力が最大 25% 低減されるため、2 番目のサポートは必要ありません。 ただし、これにより効率が 4 ～ 6% 低下します。 水中ポンプはもともと効率が低いため、羽根車に逃げ穴は設けられていません。

外国企業は、ステージの効率がこれに依存するため、ポンプの作動要素の流路の清浄度に細心の注意を払っています。 たとえば、バイロン ジャクソン社は、インペラとガイド ベーンを精密鋳造して、流路にきれいで滑らかな表面を提供します。

精密鋳造されたインペラは、ディスク、ブレード、ブッシングの厚さが均一であり、各要素が厳密に同心であるため、すべてのインペラに必要なバランスが確保されています。

2 . 特許開発

2.1 特許開発のオプション

2.1.1 特許 66417 ロシア連邦、E21B43/38

石油生産用の水中井戸ポンプユニット、水中井戸ポンプユニットのスラリートラップおよび安全弁。 知事アルテム・サヴェリエヴィッチ、テルプノフ・ヴャチェスラフ・アベレヴィッチ。 出願人および特許所有者は「石油生産設備開発センター（OPE）（SC）」。 - 第2007113036/22、出願。 2007 年 4 月 10 日。 公開。 2007 年 9 月 10 日。

技術ソリューションは、油井内の地層流体を浄化するための装置に関連しており、主に水圧破砕後、坑井開発中、および油井開発中に、汲み上げられた流体に含まれる固体不純物の影響から水中ポンプ装置を保護するために石油産業で使用できます。固形分濃度が最大 5 g/l の砂生産井からの生産油の供給、および分離装置が詰まった場合の異常な動作状態からポンプ装置を保護します。 上記の技術的成果の達成を確実にする石油生産用の水中井戸ポンプユニットには、水中ポンプ、電気モーター、およびスラッジトラップが含まれています。 この場合、ポンプユニットには安全弁が装備されており、汚泥トラップを通る汲み上げられた液体の移動が停止している限り、ポンプ取入口と汚泥トラップの後ろの環状部を油圧で接続するように設計されています。 達成された技術的成果は、井戸の底穴ゾーンを汚染することなく、汲み上げられた液体に含まれる固体不純物の影響から水中ポンプ装置を効果的に保護すること、またスラッジ収集装置が作動しているときの異常な動作状態からポンプ装置を保護することです。充填しすぎている、および/またはセパレーターが固体不純物の粒​​子で詰まっている。

安全弁は、バイパス穴を有する本体と、バイパス穴を有するスプールスリーブとを備える。 スプールスリーブは、水中ポンプによって送り出される液体の流れの影響を受けて動くように設計されています。 スプールブッシュとハウジングとの間には差動キャビティが形成される。 達成された技術的成果は、安全弁の感度と応答速度を向上させることです。

石油生産用の水中井戸ポンピングユニット用の既知の安全弁は、米国特許第５４９４１０９Ａ号（１９９６年２月２７日）に記載されており、この安全弁は、汲み上げられた液体をポンプ取入口に供給するパイプラインに接続されるように構成されたハウジングを含む。 ハウジングの側壁にはバイパス穴があります。 バルブには、バイパス穴を備えたスプールスリーブも含まれており、スリーブの上部位置でポンプで汲み上げられた液体をハウジングのバイパス穴を通して移動させることができるように軸方向に移動できるようにハウジング内に配置されています。スリーブはポンプを受け入れ、前記パイプラインの入口にあるフィルター要素をバイパスする。 これにより、フィルターエレメントが機械的不純物の粒​​子で詰まった場合にポンプが供給障害から保護され、水中モーターが過熱から保護されます。 スプールスリーブの上部位置への変位は、差動ピストンの作用下で環内の圧力が増加すると発生します。差動ピストンのロッドはバルブ本体の軸方向の穴に配置されています。

プロトタイプの主な欠点は、バルブの感度と応答速度が不十分であることです。バルブは、ポンプで送られる流体の動きがまったく存在しないことには反応せず、フィルターを通る流体の動きが停止することによって引き起こされる弁輪内の圧力の増加に反応します。 。

実用新案の実施により得られる技術的成果は、安全弁の感度と応答速度の向上です。

上記の技術的成果の達成を確実にする石油生産用の水中井戸ポンプユニットの安全弁は、汲み上げられた液体をポンプ吸入口に供給するためのパイプラインに接続されるように構成されたバイパス穴を備えたハウジングと、ハウジング内にバイパス孔を備えたスプールスリーブであって、スリーブの位置の１つにおいてポンプで汲み上げられた液体をハウジングとスリーブのバイパス孔を通して移動させることができるような軸方向移動の可能性を有するスプールスリーブ。 この場合、プロトタイプとは異なり、スプールブッシュは、水中ポンプによって汲み上げられた液体の流れの影響を受けて、ポンプのバイパス穴を通って汲み上げられた液体が移動する可能性がなくなる位置まで移動できるように作られています。ハウジングとブッシュは除きます。 安全弁をウェル内に配置するときにスプールスリーブに作用する力の方向が、スプールに作用する汲み上げられた液体の流れの方向と反対になるように、スプールスリーブとハウジングの間に差動キャビティが形成されます。スリーブ。

バイパス開口部はハウジングとブッシングの側壁に作られており、ポンプで汲み上げられた液体がハウジングとブッシングのバイパス開口部を通って移動する可能性は、スプールブッシングの動作位置に対して最も低い位置で確保されます。井戸の中のバルブ。

スプールブッシュにはボール逆止弁が装備されており、水中ポンプによる液体の流れの方向と逆方向に液体が移動するとブッシュの中心穴を閉じるように設計されています。

スプールスリーブは、水中ポンプによって圧送される液体の流れがスリーブに作用する方向にバネ荷重がかかっており、バネによって生じる力は、スプールスリーブのどの位置においても上記の合力よりも小さい。

ポンプユニットの安全弁は、汚泥トラップを通る汲み上げられた液体の移動が停止している場合に、ポンプ吸い込み口と汚泥トラップの後ろの環状部とを、汲み上げられた液体の移動方向に接続するように設計されています。

安全弁 (図 2.1) は、側壁にバイパス穴 24 を備えたハウジング 23 を備えており、液体サイクロン分離器の後ろのパイプまたはシャンクに接続されるように設計されています。 ハウジング２４の内部には、側壁に半径方向のバイパス穴２６を備えたスプールスリーブ２５がある。 スリーブ２５は、軸方向に移動可能に取り付けられている。 ブッシングの最も低い位置では、バイパス穴２４と２６が組み合わされ、ポンプで汲み上げられた液体が環状部からポンプ取入口まで移動する可能性が確保される。 差動キャビティ２７は、（安全弁キャビティ内に過剰な圧力がある場合、すなわち、安全弁を井戸内に配置するとき）結果として生じる力の方向がスプールスリーブに作用するように、スリーブと本体との間に形成される。スプールスリーブに作用するポンプで送り出される流体の流れの方向とは反対です。 スプールスリーブ２５は、汲み上げられた媒体の流れの影響を受ける方向にバネ荷重がかけられているが、バネ１６によって生成される力は、スリーブ２５のどの位置においても前述の合力よりも小さい。ポンプ停止後に流体が下方向に移動すると、スリーブの中心穴を閉じるように設計されたボール逆止弁２２が装備されている。

図 2.1 - 安全弁

スラッジトラップが固体不純物の粒​​子で満たされると、スラッジトラップによって生じる圧力差の影響で、安全弁を通る液体の移動が停止し、その結果ボールバルブ22とスプールスリーブ25が閉じます。差動キャビティ２７の存在により、作動流体は、下降して最も低い位置を取り、スプリング１６を圧縮する。結合されたバイパス孔２４および２６を通って、作動流体がポンプ吸入口に入る。

石油生産用の水中井戸ポンピングユニットの安全弁。バイパス穴を備えたハウジングを含み、ポンプの吸入口に汲み上げられた液体を供給するパイプラインに接続されるように構成され、バイパス穴を備えたスプールスリーブが配置されています。ハウジングは、軸方向に移動する可能性があり、ブッシングの位置の１つにおいて、汲み上げられた液体をハウジングおよびブッシングの前記バイパス開口部を通して移動させることが可能であり、スプールブッシングが下方で移動するように設計されていることを特徴とする、水中ポンプによってポンプで汲み上げられた液体の流れの影響で、ポンプで汲み上げられた液体がハウジングとブッシュのバイパス開口部を通って移動する可能性があり、そのような場合にはスプールブッシュとハウジングの間に差動キャビティが形成されます。これは、安全弁をウェル内に配置するときにスプールブッシュに作用する力の方向が、スプールブッシュに作用する汲み上げられた液体の流れの方向と反対になるようにする方法です。

2.1.2 特許 2480630 ロシア連邦、 F04D15/02、F04 D13/10

水中遠心電動ポンプ用バイパスバルブです。 シュラメク V.B.、サブリン A.Yu.、マトヴェエフ D.F.、スミルノフ I.G.。 出願人および特許所有者の有限責任会社「Russian Electrical Engineering Company」。 - 第2011139811/06; 応用 2011 年 9 月 29 日。 公開。 2013 年 4 月 27 日。

本発明は、石油生産装置に関し、坑井から地層流体を生産する際、特に水中坑井遠心電動ポンプ（ＥＳＰ）を受け取るために入力モジュール（フィルタ）またはガス分離器から流体を通すため、および流体を供給するために使用することができる。機械的不純物の粒​​子によるフィルターエレメントの詰まりの場合、アニュラスからポンプまで。

水中井戸ポンプユニット用の既知の安全弁 (特許第 66417 号、E21B 43/38、公開日 2007.09.10) は、プロトタイプとして取られ、側壁にバイパス穴のあるハウジングを含み、次のように設計されています。

スラッジトラップを通る汲み上げられた液体の移動が停止されることを条件として、汲み上げられた液体の移動方向におけるスラッジトラップの後ろの環状部とポンプ取入口との油圧接続、側壁に半径方向のバイパス穴を備えたスプールスリーブ。 ブッシュは軸方向に動く可能性を持って取り付けられています。 ブッシングの最下位位置では、ハウジングとブッシングのバイパス穴が位置合わせされ、ポンプで汲み上げられた液体をアニュラスからポンプ吸入口に移動させることができます。 特に、ブッシュにはバネが仕掛けられており、ボール逆止弁が装備されており、ポンプ停止後に流体が逆方向に移動するとブッシュの中心穴を閉じるように構成されています。

水中井戸ポンプユニット用の既知の安全弁の欠点は次のとおりです。

液体に含まれる機械的不純物の粒​​子が本体とスプールスリーブの間の隙間に入り込むと、スプールスリーブが詰まり、バルブ動作の信頼性が低下します。

既知のバルブが故障なく動作する可能性が低いことは、スラッジトラップが満たされるか、機械的不純物で分離器が詰まる場合のスプールスリーブの移動速度が遅いため、バルブの感度が低いことに関連している。 この場合、スプールスリーブがスリーブとハウジングのバイパス穴が整列する位置に移動する前にポンプの供給が中断される可能性があり、その時点で液体が環状部からポンプ吸入口に流れることになります。

安全弁の部品交換は、安全弁をセパレータパイプとパッカープラグまたは中空円筒シャンクから分解し、さらに弁本体を分解して部品交換する必要があり、メンテナンス性が低い。

モーターと下流のスラリートラップの間に安全弁を配置すると、ESP 設置全体の長さが大幅に長くなり、坑井内でユニットを降ろしたり持ち上げたりするときにさらなる困難が生じ、また、最も負荷の高い要素が破壊される可能性もあります。たとえば、モーターのフランジ接続と、それに続く下流側の機器の井戸の底への落下です。 設備の重量とサイズが増加すると、ポンプ部品の磨耗が増加し、トラブルのない運転時間が減少します。 ポンプユニット井戸の曲率が増加したゾーンで動作する場合。

本発明の目的は、入口モジュールまたはガス分離器のフィルタ要素が詰まった場合に地層流体がポンプ吸入口に流れることを可能にし、同時に中断に伴う緊急事態の発生を排除するバイパス弁を作成することである。ポンプによる地層流体の供給の停止と、その後の坑井からの引き上げによるESPユニットの故障。

この問題を解決することによって得られる技術的成果は、バルブの信頼性、保守性、操作の容易さ、および ESP 設置の故障間隔の延長です。

特定の技術的結果は、本発明による、バイパス穴を備えたハウジングを含み、汲み上げられた液体をポンプ吸入口に供給するためのパイプラインに接続されるように設計された水中遠心電動ポンプ用のバイパス弁が実現されるという事実によって達成される。ハウジングに取り付けられたシャフトが装備されており、回転および一端のシャフトを入力モジュールまたはガスセパレーターのシャフトに接続し、シャフトの他端を電動ポンプのシャフトに接続できます。ハウジングの段差部に生成液の流れ方向のバルブ中心軸に対して斜めに穴を設け、各バイパス穴にシートと遮断弁を含む逆止弁を設置逆止弁本体に取り付けられた移動可能な要素。

バイパス孔をバルブの中心軸に対して生成流体の流れ方向に対して斜めに形成することにより、万一の事故時にアニュラスからバルブのバイパス孔を通って流れる液体の水圧抵抗を低減することができる。下部入口モジュールまたはガスセパレーターの詰まりにより、ポンプの圧力が上昇し、その性能が高まり、バルブの信頼性が高まり、ポンプ供給の故障が防止され、ESP 設置の故障間隔が長くなります。

バイパス開口部にチェックバルブを取り付けると、アニュラス内の圧力が上昇したときのバルブ応答の感度を高めることができ、バルブの速度と信頼性が向上し、ポンプの流れの故障を防止できます。

バルブ本体を2部品からなる組立式とすることで、バルブの組立・分解性が向上し、メンテナンス性が向上します。

バルブ本体にシャフトサポートをねじ込み式などの着脱可能な接続により取り付けることで、バルブのメンテナンス性が向上します。

ネジなどの取り外し可能な接続を使用して逆止弁をバイパス穴に取り付けると、迅速に交​​換または修理できます。

逆止弁の遮断要素をボールの形にすることで、閉位置での逆止弁の気密性が確保され、また、弁が開いたときの弁本体のキャビティ内でのボールの自動調心も保証されます。 逆止弁の軸方向にボールを移動させる際、ボールとボディが点接触するため、ボディへの噛み込みが防止され、バイパスバルブ全体の信頼性が向上します。

逆止弁ボールを逆方向​​にスプリングさせる

ボール上のアニュラスから来る流体の流れの影響の方向により、バルブを水平ウェルと傾斜ウェルの両方で使用できるようになり、バルブの機能が拡張されます。

バイパスバルブを独立品とし、入力モジュールやガスセパレータのシャフトとポンプとを接続するスプラインカップリングなどの接続要素を本体とシャフトの両端に設けることで、取付作業性が向上します。バルブの使用とメンテナンス性。

図2.2に水中遠心電動ポンプ用バイパス弁の全体図を示します。 バイパスバルブは、液体２の通過のための開口部を備えた段付きハウジング１を含み、これは、例えば、以下を含む既製で作られる。 上部３およびハウジングの下部４。 ハウジング１内には、特にラジアルすべり軸受７が取り付けられた軸受支持体６に固定されたシャフト５があり、支持体６内には汲み上げられた液体が通過するためのチャネル８がある。 ベアリングサポート６は、例えばネジなどの取り外し可能な接続を使用してハウジング１内に固定される。 スプラインカップリング９および１０は、シャフト５の端部に取り付けられ、シャフト５を入力モジュールまたはガスセパレータのシャフトおよびＥＳＰポンプのシャフトにそれぞれ接続する（図示せず）。 ハウジング１の段差部分には、バルブの中心軸に対して生成液体の流れ方向に斜めにバイパス孔１１が設けられている。 逆止弁１２が各バイパス穴１１に取り付けられている。逆止弁１２は、本体の穴１６に取り付けられ、バネ１４によってバネ負荷されたシート１３およびロック要素（ボール）１５を含むバルブ対を含む。逆止弁１２の１７は移動可能である。 バイパス孔１１には逆止弁１２が例えばねじ結合により取り付けられている。

図 2.2 - バイパスバルブ

ハウジング１は、締結要素用の穴１９を備えた接続フランジ１８を含み、バイパスバルブを入口モジュール（図示せず）に取り付けることができる。 ハウジング１には、ＥＳＰポンプのハウジングに接続するための留め具（スタッド）２０が装備されている。

ポンプユニットがオンになると、地層流体は井戸内の液柱の圧力を受けて入力モジュールまたはガス分離器（図示せず）から来て、穴 2 を通ってバイパスバルブに入り、バイパスバルブのチャネル 8 を通過します。ベアリングサポート6はESPによって受け入れられます。 この場合、逆止弁１２のボール１５は、ばね１４によってシート１３に押し付けられ、これにより、環状部からバイパス孔１１を通ってバイパス弁へ、したがってバイパス弁への地層流体の供給が排除される。 ESPポンプ。 入力モジュールまたはガス分離器 (図示せず) が機械的不純物の粒​​子で部分的または完全に詰まると、外部の液体圧力とバイパス バルブの内部キャビティ内の液体との間の圧力差が増加します。 この場合、逆止弁１２が開き、ボール１５がシート１３から移動し、逆止弁１２のバネ１４が圧縮される。地層流体は、逆止弁１２の穴１６を通って環状部から本体内に流れる。バイパスバルブの１、さらにベアリングサポート６のチャネル８を通って、バルブを出てポンプに入り、ポンプに液体を供給して動作を継続し、ポンプの中断を防ぐ。

2.2 特許開発バイパス弁

特許調査の目的は、水中遠心電動ポンプ用バイパスバルブの改良です（特許第2480630号、 F04D15/02、F04D13/10）。

バイパスバルブ (図 2.2) の主な要素の 1 つは逆止弁で、入口モジュールまたはガス分離器が機械的不純物の粒​​子で部分的または完全に詰まっている場合に、地層流体を受け入れる役割を果たします。 この設計の欠点は、逆止弁の穴に大きな粒子が侵入するため、逆止弁が急速に目詰まりしてしまうことです。 この問題は、耐摩耗性電動遠心ポンプに非常に関係があります。 解決策は、逆止弁 1 への地層流体の移動経路に沿って、大きな機械的粒子を濾過する役割を果たす受けフィルター メッシュ 13 (図 2.3) を取り付けることです。 この積極的な実装により、通常モードでのバイパス バルブの動作時間が長くなり、ポンプの耐用年数が長くなります。

問題の設計のバイパスバルブの取り付けは、エレベータ取り付けクランプに取り付け用の溝がないため、複雑です。 解決策は、バイパスバルブのヘッド5の領域に溝を切ることです。これにより、取り付けプロセスが簡素化され、速度が向上し、他のポンプセクションの取り付けプロセスと同様になります。

図 2.3 - 最新化されたバイパスバルブ

また、バイパス バルブの最新設計には上部 9 と下部 10 のカバーがあり、保管および輸送中の汚染から内部空洞を保護する役割を果たします。

この近代化されたユニットの設計の欠点は、 全体のサイズ問題の特許と比較して軸方向に。

3 . ポンプの設計と動作原理

ESP 設備は、水中ポンプ ユニット (油圧保護付きの電気モーターとポンプ)、ケーブル ライン (ケーブル エントリ カップリングを備えた丸型およびフラット ケーブル)、配管ストリング、坑口装置、および地表電気装置 (変圧器とポンプ) で構成されます。制御ステーション (または複合デバイス) 。

ポンプと油圧保護付きの電気モーターで構成される水中ポンプユニットが、チューブパイプで井戸内に降ろされます。 ケーブル線は電気モーターに電力を供給します。 ケーブルは金属ベルトでチューブに取り付けられています。

ポンプとプロテクターの長さに沿って、ケーブルは平らで、金属ベルトで取り付けられ、ケーシングやクランプによる損傷から保護されています。

ポンプ上部には逆止弁とドレン弁が設置されています。 ポンプは流体を井戸から汲み出し、チューブストリングを通して地表に送ります。 坑口装置は、電動ポンプとケーシングフランジ上のケーブルによる配管ストリングの吊り下げ、パイプとケーブルの密閉、および流体のフローラインへの排出を確実にします。

水中ポンプ、遠心式、セクショナル、多段。 水中電気モーター、三相、非同期、油充填かご型ローター付き。 電気モーターの油圧保護は、プロテクターと補償器で構成されます。 ラバーダイヤフラムとメカニカルシャフトシールを備えたダブルチャンバープロテクター、ラバーダイヤフラムを備えたコンペンセータ。 ポリエチレン絶縁の3芯ケーブルです。

変圧器は水中電動モーターに必要な電圧を供給し、制御ステーションは水中電動ポンプを制御し、通常の動作モードから切り離されたときに設備全体の電源をオフにするように設計されています。

水中ポンプ、電動モーター、油圧保護装置はフランジとスタッドによって相互に接続されています。 ポンプ、モーター、プロテクターのシャフトは端にスプラインがあり、スプラインカップリングで接続されています。

水中遠心ポンプの動作原理は、液体の圧送に使用される従来の遠心ポンプと変わりません。 その違いは、それが断面式で多段式であり、作業ステージ（インペラとガイドベーン）の直径が小さいことです。 主に石油産業向けの水中ポンプには 130 ～ 415 のステージが含まれています。

遠心ポンプは、パイプラインを通じてある場所から別の場所に液体を持ち上げて輸送するように設計された単純な油圧機械です。 ポンプは主に、ブレードを備えたインペラ、ガイドベーン、シャフト、ケーシングで構成されています。

ポンプの動作原理は、ある程度単純化して次のように想像できます。フィルターと吸引バルブを通って吸引された液体は、パイプを通って回転ホイールのブレードに流れ、その影響を受けて速度と圧力が得られます。 。 水中ポンプには多くの段階があり、このプロセスが各段階で繰り返され、より大きな速度と圧力が得られます。 流体の運動エネルギーは、スパイラルチャネル内の圧力に変換されます。 ポンプの出口で、流体の流れが収集され、チューブ列に送られます。

ポンプの主なパラメータは、流量、圧力、吸込高さ、消費電力、効率です。 ポンプパラメータは水上で動作する場合に表示されます。

3.1 ポンプのレイアウト

水中電動渦巻ポンプは断面原理に従って設計されており、一般に入口モジュール (MV)、中間セクション (MC)、上部セクション (SV)、逆止弁 (KO)、および排水弁 (KS) で構成されます (図3.1、a)。 ガス含有量が多い場合、ポンプにはポンプガス分離モジュール (PGS) が含まれています (図 3.1、b)。 この設計では、ポンプに受けメッシュを備えた下部セクション (LS) を装備するオプションが用意されていますが、入口モジュールはポンプから除外されています (図 3.1、c)。 下部セクションを使用する場合、ポンプにガスセパレーターを組み込むことはできません。 ガス含有量が多い場合、ポンプには受けグリッド (MGN) を備えたガス分離器が含まれる場合があります (図 3.1、d)。 入力モジュールは必要ありません。

ポンプは、横方向の寸法に応じて、5、5A、および 6 の 3 つのグループに分けて製造されます。通常、このグループは製造ストリングの最小内径を決定します。グループ 5 - 123.7 mm、5A - 130 mm、6 - 148.3 です。んん。 ポンプハウジングの直径はそれぞれ92、103、114 mmです。

図 3.1 - ESP のレイアウト

3.2 モジュール設計とポンプ動作

水中ポンプは、MV入口モジュール、MNGポンプ・ガス分離モジュール、中段SS（1台＋4台）、上段SVから組み立てられ、スタッドとボルトによるフランジで接続されています。

逆止弁は上部のフィッシングヘッドにねじ込まれ、ドレンバルブは逆止弁にねじ込まれます。 ポンプは水中電気モーターによって駆動されます。 ポンプで汲み上げられた液体は入力モジュールを通ってガス分離器に入り、そこで関連するガスが分離され、次にポンプセクションに入り、そこで必要な圧力が生成されます。 逆止弁と排水弁を通って、液体は圧力パイプラインの配管カラムに入ります。 逆止弁と排水弁は、6...7 本のチューブパイプによってポンプのフィッシングヘッドの上に取り付けることができます。

入力モジュールは、汲み上げられた液体を受け取って大まかに洗浄し、セクションをモーターに接続し、モーターシャフトからポンプセクションのシャフトにトルクを伝達するために使用されます。 入力モジュールは図 3.2 に示されており、地層流体を通過させるための穴を備えたベース 1 で構成され、その中でシャフト 2 が滑り軸受上で回転します。ベースの外側は受けメッシュ 3 で覆われています。エンジンプロテクターシャフトとのシャフト、スプラインカップリング4が使用され、スタッド5、モジュールの上端はポンプまたはポンプガスセパレーターモジュールの中間セクションに取り付けられます。 下部フランジは、スタッドとナットを使用して入力モジュールをプロテクターに取り付けます。 輸送および保管時には、入力モジュールはカバー 6 および 7 で閉じられます。

ポンプ-ガスセパレータモジュール（ガスセパレータ）は、ポンプセクションへの入口における遊離ガスの体積含有量を減らすように設計されています。 MNG ガス分離器は図 3.3 に示されており、ヘッド 2 を備えたパイプ本体 1、その端にあるベース 3、およびその中に部品が配置されているシャフト 4 で構成されています。 ハウジングには、ストッパー 6、ベアリング 7、スペーサー スリーブ 8、ガイド ベーン 9、10、およびサポート リング 11 を介して作動部品のパッケージを固定するナット 5 が含まれています。シャフトには、12 個のラジアル ベアリング ブッシング、スプライン カップリング 19 が含まれています。サブ１８がヘッド２に圧入され、ヘッドとクロスフローカップリングを形成し、多孔パイプ２０がヘッドの外側に固定され、パイプ２０として機能する。追加の分離ユニット。

輸送および保管中、ガス分離器はカバー 21 および 22 で閉じられます。

ガスセパレータのベースはスタッドとナットで入力モジュールに固定されています。 ガス分離器ヘッドはポンプの中央セクションにフランジ付きで、スタッドまたはボルトで固定されています。 シャフトはスプラインカップリングを使用して接続されます。 ガス セパレーターのベースには、受けメッシュが付いているバージョンがあります。この場合、入力モジュールは必要なく、ガス セパレーターはプロテクターに直接接続されます (MNGN バージョン)。

図 3.3 - ポンプ-ガス分離モジュール

ガス分離器は次のように動作します。 気液混合物は入力モジュールまたはガス分離器のベースのメッシュを通ってオーガに流入し、さらに作動部品に流入します。 圧力の獲得により、気液混合物は放射状リブを備えた回転分離チャンバーに入り、そこで遠心力の影響下で気体が液体から分離されます。 次に、セパレーターチャンバーの周囲からの液体はサブの溝を通ってポンプ吸入口に流れ、分離された気液混合物は多孔パイプの空洞に入り、そこでさらに気体と液体の分離が行われます。 この液体はパイプの穴を通って流出し、ガスセパレータ本体の外側を流れ落ち、再び入口に流入します。 これにより、入力モジュールを通ってガス分離器に入る混合物中のガス含有量が減少します。 ガスは多孔パイプを通って環内に排出されます。 ガス分離器 MNG(K)5、MNGN(K)5 は最大 250 m3/日の容量のポンプで使用され、MNG(K)5A、MNGN(K)5A - 最大 400 m3/日の容量のポンプで使用されます。 m3/日。

中央セクションは図 3.4 に示されており、ポンプの主要部分です。 中間セクションは、ハウジング 1、シャフト 2、ステージのパッケージ (インペラ 3 およびガイド ベーン 4)、上部ベアリング 5、下部ベアリング 6、中間ベアリング 17、上部軸方向サポート 7、ヘッド 8、ベース９、２つのリブ１０、ゴムリング１１、１３、スプラインカップリング１４、およびカバー１５および１６からなる。インペラおよびガイドベーンは直列に取り付けられる。 ハウジング内のガイドベーンは上部ベアリングとベースによって締め付けられており、動作中は動きません。 インペラはシャフト上のキーを介して取り付けられており、これによりインペラが回転します。 ホイールが回転すると、汲み上げられた液体の圧力がステージごとに増加します。

上部中間ベアリング 5 と下部ベアリング 6 はシャフトの半径方向支持体であり、上部軸方向支持体 7 はシャフトの軸に沿って作用する荷重を感知します。 ゴムリング１１は、ポンプおよび入力モジュールの漏れからセクションの内部空洞を密閉する。

スプラインカップリング１４は、ドッキングセクションまたは入力モジュールまたはガスセパレータまたはプロテクタのシャフトに接続する役割を果たし、あるシャフトから別のシャフトに回転を伝達する。 輸送および保管中は、この部分は蓋で閉じられます。

リブ１０は、ポンプを降ろしたり持ち上げたりするときに、リブ間にある電気ケーブルがケーシングパイプの壁に当たる機械的損傷から保護するように設計されている。 リブはボルトとナットでセクションのベースに取り付けられます。

図 3.5 に示す逆止弁は、ポンプ停止時に圧力パイプライン内の液柱の影響によるポンプ羽根車の逆回転を防止し、再始動を容易にするために設計されており、ポンプ停止後の配管ストリングの圧力試験に使用されます。設置物を井戸内に降ろします。

逆止弁は本体１からなり、その一方の側にはドレンバルブを接続するための円錐形の雌ねじがあり、もう一方の側には上部の釣りヘッドにねじ込むための円錐形の雄ねじがある。 ハウジング内にはゴム引きシート 2 があり、その上にプレート 3 が置かれています。プレートはガイド スリーブ 4 内で軸方向に移動できます。ポンプで送られる液体の流れの影響でプレートが上昇し、バルブが開きます。 。 ポンプが停止すると、圧力パイプライン内の液柱の影響でプレートがシート上に下がり、バルブが閉じます。

図 3.5 - 逆止弁

ドレンバルブは図 3.6 に示されており、井戸からポンプを持ち上げるときに圧力パイプライン (チューブストリング) から液体を排出するように設計されています。 ドレンバルブは本体 1 で構成されており、その一方の側には公称直径 73 mm のチューブに接続するためのカップリングの円錐形の雌ねじがあり、もう一方の側にはねじ込むための円錐形の雄ねじがあります。逆止弁。

図 3.6 - ドレンバルブ

継手 2 はハウジングにねじ込まれており、ゴムリング 3 でシールされています。井戸からポンプを持ち上げる前に、バルブの内部空洞にある継手の端が叩き落とされます (壊れます)。 特別なツール、そしてチューブ紐からの液体は継手の穴を通って環状部に流れ込みます。 輸送および保管中、逆止弁はカバー 4 および 5 で閉じられます。遠心ポンプの駆動に使用される水中電気モーターは、油が充填されたかご型ローターと非同期です。 電流周波数 50 Hz では、同期シャフトの回転速度は 3000 rpm です。 エンジンはポンプと同様に直径が小さく、ケーシングストリングが 140、146、168 mm の井戸ごとに異なります。 同時に、その電力は125 kWに達する可能性があります。 この点で、エンジンは 8 m より長く作られることもあります。

電気モーターをその内部空洞に入る地層流体から保護し、加熱および冷却中にエンジン内のオイルの体積の変化を補償し、また漏れによるオイルの漏れを防ぐために、油圧保護（プロテクター）が使用されます。

油圧保護装置はエンジンとポンプの間に配置されており、過剰な圧力を発生させて同時に遠心ポンプのシールに濃厚なオイルを供給し、生成された流体の漏れを防ぎます。

電気は特別な外装ケーブルを介して水中モーターに供給されます。 ケーブルの主要部分は円形の断面を持っています。 ユニットの必要な直径寸法に対応するフラットケーブルが水中ユニット（ポンプ、油圧保護、モーターヘッド）に沿って敷設されます。

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石油鉱床の概念。 貯水池のエネルギー源。 流体は穴のあいたウェルに流れます。 油田開発モード。 井戸底設備の設計。 陸地貯留層の酸処理。 よく穿孔技術。

プレゼンテーション、2013 年 10 月 24 日追加


水中遠心モジュラーポンプ、その デザインの特徴目的、主な利点と欠点。 ESPを備えた井戸の早期故障の原因の分析。 メンテナンスおよびポンプの操作規則。

コースワーク、2015/02/26 追加


ガス井の操作、流体の蓄積によって生じる問題を診断する方法および手段。 水円錐の形成; 流体源。 リフトストリング内の液体レベルを決定する方法として、坑井に沿った圧力を測定します。

要約、2013 年 5 月 17 日追加


遠心水中ポンプによる井戸の操作。 ESPND型の水中渦巻モジュラーポンプです。 PCENのインストール 特別な目的そしてサスペンションの深さを決定します。 設置および水中ポンプユニットの電気機器の要素。

論文、2009 年 2 月 27 日追加


プリオブスコエ油田開発の歴史。 地質学的特徴: 生産層、帯水層複合体。 開発指標と油井在庫のダイナミクス。 電動遠心ポンプの設置の選定。 資本コストの計算。

論文、2015 年 2 月 26 日追加


TsNSM 60-99 ポンプの技術的説明、設計、動作原理。 インストール手順と作業の準備。 操作説明と安全上の注意事項。 典型的な障害とその除去方法。 振動診断、ポンプユニットの調整。

応用分野 超能力者- これらは、10¸1300 m 3 /日の流量と500¸2000 mの揚程を備えた、高収量の水で満たされた深い傾斜井戸です。 オーバーホール期間 超能力者最長320日以上。

モジュール設計タイプの水中遠心ポンプの設置 UECNMおよび UECNMK は、油、水、ガス、および機械的不純物を含む油井製品を汲み出すように設計されています。 設置タイプ UECNMスタンダードなデザインですが、 UETsNMK- 耐食性。

この設備（図 24）は、水中ポンプユニット、ポンプとコンプレッサーのパイプを介して井戸内に降ろされたケーブルライン、および地表電気機器（変電所）で構成されています。

水中ポンプユニットはモーター（油圧保護付き電動モーター）とポンプで構成されており、その上部には逆止弁と排水弁が取り付けられています。

水中ユニットの最大横寸法に応じて、設置は 3 つの条件グループ - 5; 5; に分類されます。 5Aと6:

— 横寸法 112 mm のグループ 5 ユニットは、内径が少なくとも 121.7 mm のケーシングストリングを備えた井戸で使用されます。

— 横寸法 124 mm のグループ 5A の設置 — 内径が少なくとも 130 mm のウェルへの設置。

- 横寸法 140.5 mm のグループ 6 の設置 - 内径が少なくとも 148.3 mm のウェル内。

適用条件 超能力者ポンプ輸送媒体の場合: 機械的不純物含有量が 0.5 g/l 以下の液体、ポンプ取入口における遊離ガスが 25% 以下。 硫化水素 1.25 g/l 以下。 水は99％以下。 地層水のpH値は6¸8.5以内です。 電気モーターが配置されているエリアの温度は +90°C 以下です (特別な耐熱バージョンは +140°C まで)。

設定コードの例 - UETsNMK 5-125-1300 は次のことを意味します。 UETsNMK— モジュール式の耐腐食性設計の電動遠心ポンプの設置。 5 - ポンプグループ。 125 — 供給量、m 3 / 日; 1300 — 発生圧力、水柱 m。 美術。

図では、 図 24 は、このタイプの新世代の機器を表すモジュラー設計の水中遠心ポンプの設置図を示しています。これにより、少数の交換可能なポンプの中から、パラメーターに従って井戸に最適な設置レイアウトを個別に選択できます。モジュール。

インスタレーション（図 24 にはモスクワの NPO「Borets」の図がある）は以下を提供する。 最適な選択井戸にポンプで送ります。これは、供給ごとに行うことによって実現されます。 大量プレッシャー 設備の圧力ピッチは、表に指定された間隔での供給に応じて、50¸100 ～ 200¸250 m の範囲です。 基本設定データは7種類。

表7

量産型 超能力者モジュール（セクション）の数とそのパラメータに応じて、長さは 15.5 ～ 39.2 m、重量は 626 ～ 2541 kg です。

で 現代のインスタレーション 2 ～ 4 つのモジュールセクションを含めることができます。 ステップのパッケージは、シャフト上に組み立てられたインペラとガイド ベーンで構成されるセクション本体に挿入されます。 ステップ数の範囲は 152¸393 です。 注入口モジュールは、注入穴とメッシュ フィルターを備えたポンプのベースを表し、ウェルからの液体がポンプに流入します。 ポンプの上部には逆止弁を備えたフィッシングヘッドがあり、そこにチューブが取り付けられています。

ポンプ ( ECNM)— 水中遠心モジュール式多段垂直設計。

ポンプは 3 つの条件グループにも分類されます。 グループ5のハウジングの直径は92 mm、グループ5A - 103 mm、グループ6 - 114 mm。

ポンプセクションモジュール (図 25) はハウジングで構成されています。 1 、シャフト 2 、ステージパッケージ（インペラ - 3 そしてガイドベーン - 4 )、アッパーベアリング 5 、下部ベアリング 6 、上部軸方向サポート 7 、頭 8 、根拠 9 、リブ2本 10 (ケーブルを衝撃から保護する役割を果たします) 機械的損傷）とゴムリング 11 , 12 , 13 .

インペラはシャフトに沿って軸方向に自由に動きますが、下部および上部のガイドベーンによって動きは制限されます。 インペラからの軸力は下部のテキストライトリングに伝達され、次にガイドベーンカラーに伝達されます。 ホイールとシャフトの摩擦や、隙間への塩類の析出や金属の腐食によるホイールのシャフトへの固着などにより、部分的な軸力がシャフトに伝達されます。 トルクは、インペラの溝に嵌合する真鍮（L62）キーによってシャフトからホイールに伝達されます。 キーはホイール アセンブリの全長に沿って配置されており、長さ 400 ～ 1000 mm のセグメントで構成されています。

ガイド ベーンは周辺部分に沿って互いに関節接続されており、ハウジングの下部では、ガイド ベーンはすべて下部ベアリングに載っています。 6 (図 25) とベース 9 、上から上部ベアリングハウジングを通ってハウジング内にクランプされます。

標準ポンプのインペラとガイドベーンは改質ねずみ鋳鉄と放射線改質ポリアミドで作られており、耐食ポンプは「ニレジスト」タイプの改質鋳鉄 TsN16D71KhSh で作られています。

標準設計のポンプ用セクションモジュールと入力モジュールのシャフトは耐食性高張力鋼 OZH14N7V を組み合わせて作られており、末尾に「NZh」とマークされています; 耐食性が向上したポンプの場合 - N65D29YUT-ISH で作られた校正済みロッドから-K-モネル合金で、端に「M」のマークが付いています。

ポンプ本体長さ3m、4m、5mの全グループのモジュール部のシャフトを統一しました。

セクションモジュールのシャフト同士の接続、セクションモジュールと入力モジュールシャフト（またはガスセパレーターシャフト）、入力モジュールシャフトとエンジン油圧保護シャフトの接続は、スプラインカップリングを使用して行われます。

モジュールと入力モジュールとモーターとの間の接続はフランジで行われます。 接続部 (入力モジュールとエンジンの接続および入力モジュールとガス分離器の接続を除く) はゴムリングでシールされています。

ポンプ入口モジュールグリッドで体積の 25% 以上 (最大 55%) の遊離ガスを含む地層流体を汲み出すには、ポンプガス分離モジュールがポンプに接続されます (図 26)。

米。 26. ガス分離器:

1 - 頭; 2 – アダプター; 3 – セパレータ; 4 - フレーム; 5 – シャフト; 6 – おろし金; 7 - ガイドベーン; 8 - 作動ホイール; 9 – オーガー; 10 – ベアリング; 11 ‑ ベース

ガスセパレータは入力モジュールとセクションモジュールの間に設置されます。 最も効果的なガス分離器は遠心力の場で相を分離する遠心分離型のものです。 この場合、液体はガスセパレータの周縁部に集中し、ガスは中心部に集中してアニュラス内に放出される。 MNG シリーズのガス分離器は、最大流量 250¸500 m 3 /日、分離係数 90%、重量 26 ～ 42 kg です。

水中ポンプユニットのエンジンは、電気モーターと油圧保護装置で構成されています。 電気モーター (図 27) は、水中三相、短絡、2 極、油封入、統一 PEDU シリーズの従来型および耐食性設計、および PED 近代化シリーズ L の従来型設計です。 静水圧動作領域での圧力は20MPa以下です。 定格電力 16 ～ 360 kW、定格電圧 530¸2300 V、定格電流 26¸122.5 A。

米。 27. PEDU シリーズの電動モーター:

1 - カップリング; 2 - 蓋; 3 - 頭; 4 – かかと; 5 - スラスト軸受; 6 - ケーブルエントリーカバー。 7 - コルク; 8 – ケーブルエントリーブロック。 9 – ローター; 10 – ステータ; 11 - フィルター; 12 - ベース

モーターの油圧保護 (図 28) は、地層流体が電気モーターの内部空洞に浸透するのを防ぎ、電気モーターの温度による内部空洞内の油の体積の変化を補償し、モーターからのトルクを伝達するように設計されています。電動モーターシャフトとポンプシャフトを接続します。

米。 28. 防水保護:

あ– オープンタイプ; b– 密閉型

あ– 上部チャンバー; B- ダウンカム;

1 - 頭; 2 - メカニカルシール; 3 – 上部の乳首。 4 - フレーム; 5 – 真ん中の乳首。 6 – シャフト; 7 – 下の乳首; 8 - ベース; 9 - 接続チューブ; 10 – 絞り

油圧保護は、1 つのプロテクター、またはプロテクターと補償器のいずれかで構成されます。 油圧保護には 3 つのオプションがあります。

1 つ目は、2 つのチャンバーからのプロテクター P92、PK92、および P114 (オープン タイプ) で構成されます。 上部チャンバーは重いバリア液体 (密度最大 2 g/cm 3、地層流体や油と混和しない) で満たされ、下部チャンバーは電気モーターのキャビティと同じ MA-PED オイルで満たされます。 カメラはチューブで接続されています。 エンジン内の液体誘電体の体積の変化は、油圧保護内のバリア液体をあるチャンバーから別のチャンバーに移動させることによって補償されます。

2 つ目は、ゴム製ダイヤフラムを使用したプロテクター P92D、PK92D、および P114D (密閉型) で構成されており、その弾性によりエンジン内の液体誘電体の体積変化を補償します。

3 番目の油圧保護 1G51M および 1G62 は、電気モーターの上に配置されたプロテクターと電気モーターの下部に取り付けられた補償器で構成されます。 メカニカルシールシステムは、シャフトに沿って電気モーターへの地層流体の侵入を防ぎます。 油圧保護装置の伝達出力は 125¸250 kW、重量は 53¸59 kg です。

温度計システム TMS - 3 は、水中遠心ポンプの動作を自動制御し、坑井運転中の異常な動作条件 (ポンプ吸入口の低圧および水中電気モーターの高温) からポンプを保護するように設計されています。 地下部分と地上部分があります。 制御圧力範囲は0～20MPaです。 動作温度範囲は25～105℃です。

総重量 10.2 kg (図 24 を参照)。

ケーブルラインは、ケーブルドラムに巻かれたケーブルアセンブリです。

ケーブルアセンブリは、メインケーブル - 丸型 PKBK (ケーブル、ポリエチレン絶縁、外装、丸型) またはフラットケーブル - KPBP (図 29) で構成され、ケーブルエントリーカップリング (付属の延長コード) を備えたフラットケーブルで接続されています。カップリング）。

米。 29. ケーブル:

あ- ラウンド; b- フラット; 1 - 住んでいました; 2 - 絶縁; 3 – シェル; 4 - 枕; 5 - 鎧

ケーブルは 3 つのコアで構成され、各コアには絶縁層とシースがあります。 ゴム引き生地と鎧で作られたクッション。 丸型ケーブルの 3 つの絶縁コアは螺旋状に撚られており、フラット ケーブルのコアは 1 列に平行に配置されています。

フッ素樹脂絶縁の KFSB ケーブルは、最大 +160 ℃ の周囲温度で動作するように設計されています。

ケーブルアセンブリは丸型タイプのケーブルエントリーカップリングK38（K46）を一体化しています。 フラットケーブルの絶縁導体は、ゴムシールを使用してカップリングの金属ハウジングに密閉されています。

プラグラグは導電性導体に取り付けられています。

丸型ケーブルの直径は25～44mmです。 フラット ケーブル サイズは 10.1x25.7 ～ 19.7x52.3 mm。 公称建設長さ850、1000¸1800m。

完全なデバイス タイプ ShGS5805 は、水中モーターのオン/オフを切り替えます。 リモコンコントロールセンターおよびプログラム制御、手動および自動モードでの動作、過負荷および主電源電圧の公称値の10%超または15%未満の偏差の場合のシャットダウン、電流および電圧制御、および外部光による緊急信号シャットダウン（内蔵温度測定システムを含む）。

水中ポンプ用統合変電所 - KTPPN は、電力が 16 ～ 125 kW の単一井戸から電力を供給し、水中ポンプの電気モーターを保護するように設計されています。 定格高電圧は 6 または 10 kV、中電圧の規制制限は 1208 ～ 444 V (変圧器 TMPN100) および 2406 ～ 1652 V (TMPN160) です。 変圧器を含む重量は2705kg。

完全な変電所 KTPPNKS は、坑井パッドでの石油生産用の 16¸125 kW 電気モーターを備えた 4 台の遠心電動ポンプの電力供給、制御、保護を目的として設計されており、運転中にポンプ機と移動式集電装置の最大 4 台の電気モーターに電力を供給します。 修理作業。 KTPPNKS は、極北および西シベリアの状況で使用するように設計されています。

設置パッケージには、ポンプ、ケーブル アセンブリ、モーター、変圧器、変電所一式、装置一式、ガス分離器、およびツール キットが含まれます。