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Introducción

En Rusia, entre las bombas sin vástago, las instalaciones más comunes son las bombas centrífugas eléctricas. Más del 35% del total de pozos del país está equipado con ellos. Las instalaciones de bombas centrífugas eléctricas (ESP) tienen un rango de caudal muy amplio (de 10 a 1000 m/día o más) y son capaces de desarrollar presiones de hasta 2000 m en el área de grandes caudales (más de 80 m/día). ), los ESP tienen el coeficiente más alto acción útil(eficiencia) entre todos los métodos mecanizados de producción de petróleo. En el rango de suministro oscilan entre 50 y 300 m²/día. eficiencia El ESP supera el 40%, pero en la zona de bajos caudales la eficiencia es La ESP cae bruscamente. En cuanto a la posibilidad de organizar un seguimiento remoto del estado, así como de regular el rendimiento, el ESP es significativamente superior a las unidades de varilla. Además, el rendimiento del ESP se ve menos afectado por la curvatura del pozo.

La influencia de la curvatura del pozo en el desempeño del BES afecta principalmente durante las operaciones de disparo e elevación debido a la posibilidad de dañar el cable y no está relacionada (hasta un cierto valor del ángulo de inclinación del pozo y la tasa de aumento). en su curvatura), como en el caso de la SPU, con el propio proceso de operación. Sin embargo, los BES no funcionan bien en ambientes corrosivos, cuando se extrae arena, en condiciones de alta temperatura y alto factor de gas.

Los ESP están diseñados para bombear fluido de formación desde pozos petroleros y se utilizan para forzar la extracción de fluido.

Para un funcionamiento confiable de la bomba, se debe seleccionar correctamente para un pozo determinado. Durante la operación de un pozo, los parámetros de la formación, la zona del fondo del pozo de la formación y las propiedades del fluido extraído cambian constantemente: el contenido de agua, la cantidad de gas asociado, la cantidad de impurezas mecánicas y, como resultado. , hay escasez de líquido o la bomba está funcionando en ralentí, lo que acorta el período de revisión de la bomba. Actualmente, se hace hincapié en equipos más fiables para aumentar el tiempo de respuesta y, como consecuencia, reducir el coste de elevación del líquido. Esto se puede lograr utilizando ESP centrífugos en lugar de SPU, ya que las bombas centrífugas tienen un largo período de revisión.

La instalación ESP se puede utilizar para bombear líquidos que contengan gas, arena y elementos corrosivos.

1 . Diseño y características técnicas del ESP.

1.1 Nazfinalidad y datos técnicos del ESP

Las unidades centrífugas sumergibles están diseñadas para bombear fluido de formación desde pozos petroleros. Las bombas eléctricas centrífugas sumergibles para la producción de petróleo están diseñadas para la operación de pozos petrolíferos, a veces muy regados, de pequeño diámetro y gran profundidad. Proporcionan un funcionamiento sin problemas y a largo plazo en líquidos que contienen aguas de formación agresivas con diversas sales disueltas en ellas. gas (incluido el sulfuro de hidrógeno), impurezas mecánicas en forma de arena. La profundidad de inmersión de la bomba alcanza los 2500 mo más, y la temperatura del líquido bombeado a veces alcanza los 100 0 C. Los requisitos del fluido de formación para operar un pozo con bombas eléctricas sumergibles se dan en la Tabla 1.1.

Tabla 1.1 - Características aceptables del fluido de formación para la operación de pozos utilizando unidades ESP

Características técnicas del fluido de formación.

Valor de especificación técnica

Contenido máximo de agua producida, %

Índice de hidrógeno del agua producida, pH.

Densidad máxima del líquido, kg/m 3

Viscosidad cinemática máxima de un líquido monofásico, que garantiza el funcionamiento de la bomba sin cambios de presión y eficiencia, mm 2 /s

Concentración másica máxima de partículas sólidas para bombas, g/l:

Versión normal

Diseño resistente a la corrosión

Diseño resistente al desgaste y a la corrosión.

Mayor resistencia a la corrosión y al desgaste.

Cuando las bombas están equipadas con un filtro fino

Microdureza de partículas según Morse, puntos, nada más:

Diseño estándar resistente a la corrosión

Mayor resistencia a la corrosión y al desgaste, diseño resistente al desgaste y resistente a la corrosión.

Contenido máximo de gas libre en la entrada de la bomba, % en volumen:

Versión normal

Uso de un separador de gas como parte de la instalación.

Utilizando un separador-dispersante de gases.

Uso de un módulo de dispersión de entrada como parte de la instalación.

Concentración máxima de sulfuro de hidrógeno para bombas, g/l:

Diseño estándar resistente al desgaste

Diseño resistente a la corrosión, mayor resistencia al desgaste por corrosión

Temperatura máxima del líquido bombeado, C

Presión hidrostática máxima en la zona de suspensión de la instalación, MPa

Cantidad de componentes agresivos, no más (cuando se utilizan bombas con mayor resistencia a la corrosión y al desgaste, diseño resistente a la corrosión), g/l:

Los pozos en los que se operen las instalaciones deberán cumplir las siguientes condiciones:

a) el diámetro interno mínimo del pozo para cada tamaño de instalación según la descripción técnica de bombas y motores;

b) la tasa máxima de aumento de la curvatura del pozo es de 2º por 10 metros, y en el área de instalación, de 3 minutos por 10 metros;

c) presión hidrostática máxima en el área de suspensión de la instalación - 40 MPa;

d) en el área de operación de la instalación sumergible, la desviación del pozo con respecto a la vertical no debe ser superior a 60 grados.

1.2 Ventajas y desventajas del ESP

Las instalaciones sumergibles de electrobombas centrífugas son muy utilizadas en nuestro país. El caudal medio de un pozo de petróleo equipado con una unidad de este tipo es de 120 a 140 toneladas/día, mientras que el caudal de los pozos equipados con unidades de bombeo de varillas de bombeo es de sólo 15 toneladas/día. La gran ventaja de estas unidades es la facilidad de mantenimiento y el largo período de revisión: 1 año. Son frecuentes los casos en los que campos individuales Las instalaciones funcionan durante más de 2-3 años sin elevación.

1.2.1 Ventajas de las bombas centrífugas eléctricas

Los pozos equipados con bombas eléctricas centrífugas sumergibles se comparan favorablemente con los pozos equipados con unidades de bombeo de pozos profundos.

Aquí, en la superficie, no hay mecanismos con partes móviles, no hay enormes máquinas que utilicen mucho metal: sillas de bombeo y los cimientos masivos necesarios para su instalación.

El uso de dichos equipos permite poner en funcionamiento los pozos inmediatamente después de la perforación en cualquier época del año, incluso en los meses más duros de invierno, sin gastar mucho tiempo y dinero en la construcción de cimientos e instalación de equipos pesados. Cuando se operan pozos ESP, la boca del pozo se puede sellar fácilmente, lo que permite la recolección y eliminación del gas asociado. Las instalaciones BES se caracterizan por la ausencia de un eslabón intermedio de varillas de bombeo, lo que aumenta el tiempo de respuesta para la operación del pozo.

El ámbito de aplicación de la extracción por bombeo de pozos profundos y extracción forzada de fluidos de pozos muy regados, así como de pozos direccionales.

1.2.2 Desventajas de las bombas centrífugas eléctricas

Las desventajas de las unidades de bombeo sin vástago incluyen: reparaciones complejas del pozo cuando las tuberías caen, que a veces no dan resultados; Equipos complejos que requieren un electricista altamente calificado.

A altas velocidades, el aceite se mezcla con agua y hay que desperdiciar un gran número de energía para separar el petróleo del agua. Los ESP también se pueden utilizar para la inyección de agua entre yacimientos y para mantener la presión de los yacimientos en depósitos de petróleo.

a) los líquidos contienen una cantidad importante de arena, lo que provoca un rápido desgaste de las piezas de trabajo de la bomba;

b) con una gran cantidad de gas, lo que reduce el rendimiento de la bomba.

1.3 parte del equipo

El conjunto de una instalación sumergible para producción de petróleo incluye: un motor eléctrico con protección hidráulica, una bomba, una línea de cable, equipo eléctrico de tierra y una estación de control automático (Figura 1.1).

La bomba es impulsada por un motor eléctrico y suministra fluido de formación desde el pozo a través de tuberías hasta la superficie de la tubería.

La línea de cable proporciona alimentación al motor eléctrico. Se conecta al motor eléctrico mediante un acoplamiento de entrada de cable.

1 - motor eléctrico; 2 - protector; 3 - colador de bomba; 4 - bomba centrífuga sumergible; 5 - cable especial; 6 - rodillo guía; 7 - tambor de cable; 8 - autotransformador; 9 - estación de control automático; 10 - cinturón para sujetar cables

Figura 1.1 - Diseño del equipo ESP

El cable se fija a los tubos de protección hidráulica, bomba y compresor con correas metálicas incluidas en el paquete de entrega de la bomba.

Equipo eléctrico terrestre: una subestación transformadora completa o una estación de control con un transformador convierte el voltaje de la red de campo a un valor que proporciona un voltaje de salida óptimo al motor eléctrico, teniendo en cuenta las pérdidas de voltaje en el cable, proporciona control del funcionamiento del Instalación sumergible y su protección en condiciones anormales. La bomba eléctrica es una unidad que consta de un motor eléctrico de CA sumergible especial lleno de aceite, un protector que protege el motor contra la penetración del líquido circundante y una bomba centrífuga multietapa. Las carcasas del motor eléctrico, protector y bomba están conectadas entre sí mediante bridas. Los ejes tienen conexiones estriadas. En la unidad ensamblada, el motor eléctrico está ubicado en la parte inferior, encima está el protector y encima del protector está la bomba.

La bomba eléctrica se baja al pozo mediante tubería y se suspende de una arandela de suspensión sin fijación adicional en el pozo. El motor funciona con electricidad a través de un cable especial redondo de tres núcleos, resistente al aceite, de la marca KRBK, con armadura de cinta flexible, que pasa a través de la arandela de suspensión y se fija a los tubos de la bomba con correas metálicas. Solo instalan una estación de control y un autotransformador en la superficie, y un manómetro y una válvula en la boca del pozo. Para minimizar las dimensiones diametrales de la unidad sumergible, se coloca a lo largo de ella un cable plano especial KRBP con armadura de cinta flexible, protegido contra daños mediante nervaduras soldadas a la bomba y cubiertas protectoras.

Subestación transformadora completa o estación de control

y el transformador se instala y fija sobre una base o pedestal a una distancia de al menos 20 m de la boca del pozo. La altura de los cimientos (pedestales) debe ser tal que se excluyan las inundaciones de agua y la acumulación de nieve sobre los equipos instalados en ellos. A una distancia de 15 a 20 m de la boca del pozo, Colocar el tambor con el cable sobre una superficie plana especialmente preparada, instalándolo sobre un enrollador de cable mecanizado o sobre soportes sobre los que girará el tambor. El tambor debe colocarse de modo que su eje de rotación sea perpendicular a una línea imaginaria trazada desde la boca del pozo hasta el centro del tambor. Será más cómodo bajar la instalación si colocas el tambor de manera que el cable se desenrolle por su parte superior.

Para facilitar la introducción del cable en el pozo al bajarlo, se utiliza un llamado rodillo de cable, suspendido sobre la boca del pozo a baja altura.

Prepare y coloque las tuberías de la bomba-compresor y los subs sobre ellas en pasarelas o soportes de tal manera que los acoplamientos de las tuberías miren hacia la boca del pozo, de modo que las tuberías estén en el campo de visión del operador de la unidad de elevación y no interfieran con el trabajo. con el cable. Las cavidades exterior e interior de las tuberías deben estar limpias.

Cuando se operan pozos con bombas eléctricas centrífugas sumergibles, la boca del pozo se puede sellar fácilmente, lo que permite la recolección y eliminación del gas asociado. Equipos eléctricos de puesta a tierra, por sus reducidas dimensiones, peso ligero y presencia de fundas protectoras, según condiciones climáticas se puede instalar directamente al aire libre o en una pequeña cabina sin calefacción, pero de modo que ni los ventisqueros ni las inundaciones interfieran con el funcionamiento normal e ininterrumpido del pozo.

Un rasgo característico de las bombas eléctricas centrífugas sumergibles es la facilidad de mantenimiento, la rentabilidad y un período de revisión relativamente largo para su funcionamiento. La duración del funcionamiento de la bomba entre levantamientos para reparaciones en la mayoría de los casos supera los 200 días; en muchos pozos funcionan sin levantamiento durante 2-3 años.

1,4 Odescripción general de las instalaciones extranjeras

En EE. UU., las bombas sumergibles se fabrican en versiones de una sola sección y de dos, tres y cuatro secciones, según la presión especificada.

Un rasgo característico de las bombas Byron Jackson, que las distingue de otros diseños de bombas, es la ausencia de un talón en el eje de la bomba tanto en las bombas de una sola sección como en las de varias secciones. La fuerza axial que actúa sobre el extremo del eje como resultado de la presión desarrollada por la bomba y la masa del propio eje es percibida por el quinto, ubicado en la sección del sello (banda de rodadura). En las bombas seccionales, los ejes están unidos, apoyándose entre sí y formando, por así decirlo, un único eje largo. Colocar el soporte axial de la bomba en la sección de sellado tiene cierto sentido porque... el talón en este caso trabaja en aceite puro. En consecuencia, su confiabilidad debería ser mayor que la de un talón que opere directamente en el fluido de formación.

En los primeros diseños de bombas Reda, el soporte del eje axial se realizaba en forma de rodamientos de bolas de contacto angular tipo “dúplex”, ubicados en la parte inferior en una cámara especial.

En las bombas Byron Jackson, la longitud del eje de 3 a 4 secciones puede alcanzar 25...30 m. Los ejes están conectados entre sí y al eje de la sección de sellado mediante acoplamientos estriados, sus extremos se apoyan entre sí. un pasador o arandela en el acoplamiento estriado.

Para dar estabilidad al eje durante el funcionamiento, Byron Jackson propuso utilizar cojinetes intermedios de caucho-metal, colocándolos en 6 etapas. A diferencia de los diseños domésticos, los cojinetes de caucho y metal de Byron Jackson no se instalan en lugar de las etapas correspondientes, sino que se montan en las paletas guía.

Las bombas Reda Pump se distinguen por el diseño de sus piezas individuales. En primer lugar, cabe señalar que las bombas Reda Pump tienen un sentido de rotación del eje hacia la izquierda cuando se ven desde arriba.

El cabezal de pesca y la base están hechos de elementos estructurales separados de tal manera que se pueden conectar tanto a una bomba de una sola sección como a una de varias secciones. Esto contribuye a la unificación de piezas y conjuntos.

La mayoría de los diseños de Reda Pump no tienen tacón en la parte superior. En lugar de un talón, algunos de los impulsores (hasta un 40%) se fijan estrictamente en dirección axial al eje mediante topes fijados en las ranuras del eje de la bomba. De este modo, se evita que la parte superior de los impulsores, cuyos casquillos se apoyan entre sí, se mueva axialmente.

En las bombas sumergibles Byron Jackson, las fuerzas axiales de los impulsores de tipo flotante de las etapas son percibidas por las paletas guía simultáneamente en dos superficies de los soportes cuando la fuerza se dirige hacia abajo y en una superficie en el caso del impulsor flotante hacia arriba. Este tipo de diseño de escalón se llama de doble soporte.

Reda Pump Co., Oil Dynamics y Oilline también utilizan etapas de doble soporte en los casos en que es necesario reducir la carga específica sobre el soporte.

A diferencia del diseño de etapa de soporte único, la etapa de soporte doble, además del soporte principal que descansa sobre el collar de la paleta guía, tiene un segundo soporte que descansa sobre el casquillo de la paleta guía. De este modo, área total aumenta, la carga específica sobre el soporte disminuye, el desgaste disminuye y la durabilidad aumenta.

La etapa de doble soporte permite poner en funcionamiento los soportes uno a uno, debido al espesor de las arandelas de soporte o a las correspondientes dimensiones axiales de los collarines.

Las etapas con orificios de alivio en el impulsor se utilizan ampliamente en bombas de Reda Pump, Oilline y Oil Dynamics.

Este diseño reduce la fuerza axial hasta en un 25% y por tanto no requiere un segundo soporte. Sin embargo, esto reduce la eficiencia entre un 4...6%. En las bombas sumergibles, cuya eficiencia ya es baja, no se hacen orificios de alivio en los impulsores.

Las empresas extranjeras pagan gran atención la limpieza de los canales de flujo de los elementos de trabajo de las bombas, ya que de esto depende la eficiencia de las etapas. Byron Jackson, por ejemplo, fabrica con precisión impulsores y paletas guía para proporcionar una superficie limpia y lisa a los canales de flujo.

Los impulsores, fabricados con precisión, tienen un espesor uniforme de discos, palas, casquillos y una estricta concentricidad de los elementos, lo que garantiza el equilibrio necesario de todos los impulsores.

2 . Desarrollo de patentes

2.1 Opciones de desarrollo de patentes

2.1.1 Patente 66417 Federación Rusa,E21B43/38

Unidad de bombeo de pozo sumergible para producción de petróleo, trampa de lodos y válvula de seguridad de la unidad de bombeo de pozo sumergible. Govberg Artem Savelievich, Terpunov Vyacheslav Abelevich; solicitante y titular de la patente “Centro de desarrollo de equipos productores de petróleo (OPE) (SC)”. - N° 2007113036/22, solicitud. 10/04/2007; público. 10/09/2007.

Las soluciones técnicas se refieren a dispositivos para purificar fluidos de formación en pozos petroleros y pueden usarse en la industria petrolera para proteger equipos de bombeo sumergibles de los efectos de las impurezas sólidas contenidas en el fluido bombeado, principalmente después de la fracturación hidráulica, durante el desarrollo del pozo, así como durante extracción de petróleo de pozos productores de arena con una concentración de sólidos de hasta 5 g/l, así como para proteger los equipos de bombeo de condiciones anormales de funcionamiento cuando los dispositivos de separación están obstruidos. Una unidad de bombeo de pozo sumergible para la producción de petróleo, que garantiza el logro del resultado técnico anterior, incluye una bomba sumergible, un motor eléctrico y una trampa de lodos. En este caso, la unidad de bomba está equipada con una válvula de seguridad, diseñada para conectar hidráulicamente la entrada de la bomba con el espacio anular detrás de la trampa de lodos, siempre que se detenga el movimiento del líquido bombeado a través de la trampa de lodos. El resultado técnico logrado es garantizar una protección efectiva de los equipos de bombeo sumergibles contra los efectos de las impurezas sólidas contenidas en el líquido bombeado, sin contaminar la zona del fondo del pozo, así como la protección de los equipos de bombeo contra condiciones anormales de operación cuando el recolector de lodos está en funcionamiento. demasiado lleno y/o el separador está obstruido con partículas de impurezas sólidas.

La válvula de seguridad incluye un cuerpo con un orificio de derivación y un manguito de carrete con un orificio de derivación. El manguito del carrete está diseñado para moverse bajo la influencia del flujo de líquido bombeado por una bomba sumergible. Se forma una cavidad diferencial entre el casquillo del carrete y la carcasa. El resultado técnico conseguido es aumentar la sensibilidad y la velocidad de respuesta. válvula de seguridad.

Una válvula de seguridad conocida para una unidad de bombeo de pozo sumergible para producción de petróleo se describe en la patente US 5494109 A, 27/02/1996, que incluye una carcasa configurada para conectarse a una tubería para suministrar el líquido bombeado a la entrada de la bomba. En la pared lateral de la carcasa hay orificios de derivación. La válvula también incluye un manguito de carrete con un orificio de derivación, colocado en la carcasa con posibilidad de movimiento axial de tal manera que en la posición superior del manguito es posible mover el líquido bombeado a través de dichos orificios de derivación de la carcasa. y el manguito para recibir la bomba, evitando los elementos filtrantes ubicados en la entrada de dicha tubería. Esto protege la bomba contra fallas en el suministro y el motor sumergible contra el sobrecalentamiento cuando los elementos filtrantes están obstruidos con partículas de impurezas mecánicas. El desplazamiento del manguito del carrete a la posición superior se produce cuando la presión en el anillo aumenta bajo la acción de un pistón diferencial, cuya varilla está ubicada en el orificio axial del cuerpo de la válvula.

Las principales desventajas del prototipo son la insuficiente sensibilidad y velocidad de respuesta de la válvula, que responde a un aumento de presión en el anillo provocado por el cese del movimiento del fluido a través del filtro, y no a la propia ausencia de movimiento del fluido bombeado. .

El resultado técnico que se logra con la implementación del modelo de utilidad es aumentar la sensibilidad y velocidad de respuesta de la válvula de seguridad.

La válvula de seguridad de una unidad de bombeo de pozo sumergible para la producción de petróleo, que garantiza el logro del resultado técnico anterior, incluye una carcasa con un orificio de derivación, que está configurada para conectarse a una tubería para suministrar el líquido bombeado a la entrada de la bomba, una manguito de carrete con un orificio de derivación ubicado en el alojamiento con posibilidad de movimiento axial de tal manera que en una de las posiciones del manguito sea posible mover el líquido bombeado a través de dichos orificios de derivación del alojamiento y el manguito. En este caso, a diferencia del prototipo, el casquillo del carrete está fabricado con la capacidad de moverse bajo la influencia del flujo de líquido bombeado por una bomba sumergible a una posición en la que no existe la posibilidad de movimiento del líquido bombeado a través de los orificios de derivación del Se excluyen la carcasa y el casquillo. Se forma una cavidad diferencial entre el manguito del carrete y la carcasa de tal manera que la dirección de la fuerza resultante que actúa sobre el manguito del carrete al colocar la válvula de seguridad en el pozo es opuesta a la dirección del flujo de líquido bombeado que actúa sobre el carrete. manga.

Las aberturas de derivación están realizadas en la pared lateral de la carcasa y el casquillo, y la posibilidad de movimiento del líquido bombeado a través de las aberturas de derivación de la carcasa y el casquillo se garantiza en la posición más baja del casquillo del carrete con respecto a la posición de funcionamiento. de la válvula en el pozo.

El buje del carrete está equipado con una válvula de retención de bola, diseñada para cerrar el orificio central del buje cuando el líquido se mueve en la dirección opuesta a la dirección del flujo del líquido bombeado por la bomba sumergible.

El manguito de carrete está cargado por resorte en la dirección en la que el flujo de líquido bombeado por la bomba sumergible actúa sobre el manguito, y la fuerza creada por el resorte es menor que la fuerza resultante antes mencionada en cualquier posición del manguito de carrete.

La válvula de seguridad de la unidad de bomba está diseñada para conectar la entrada de la bomba con el espacio anular detrás de la trampa de lodos en la dirección del movimiento del líquido bombeado, siempre que se detenga el movimiento del líquido bombeado a través de la trampa de lodos.

La válvula de seguridad (Figura 2.1) incluye una carcasa 23 con orificios de derivación 24 en la pared lateral, diseñada para conectarse a una tubería o vástago detrás del separador de hidrociclón. Dentro de la carcasa 24 hay un manguito de carrete 25 con orificios de derivación radiales 26 en la pared lateral. El manguito 25 se instala con posibilidad de movimiento axial. En la posición más baja del casquillo, los orificios de derivación 24 y 26 se combinan y se garantiza la posibilidad de movimiento del líquido bombeado desde el espacio anular hasta la entrada de la bomba. Se forma una cavidad diferencial 27 entre el manguito y el cuerpo de tal manera que la dirección de la fuerza resultante que actúa sobre el manguito del carrete (en presencia de exceso de presión en la cavidad de la válvula de seguridad, es decir, al colocar la válvula de seguridad en el pozo ) es opuesta a la dirección de influencia sobre el manguito del carrete de los líquidos de flujo de fluido bombeado. El manguito de carrete 25 está cargado por resorte en la dirección de influencia del flujo del medio bombeado, y la fuerza creada por el resorte 16 es menor que la fuerza resultante antes mencionada en cualquier posición del manguito 25. Además, el manguito está equipado con una válvula de retención de bola 22, diseñada para cerrar el orificio central del manguito cuando el fluido se mueve hacia abajo después de detener la bomba.

Figura 2.1 - Válvula de seguridad

Cuando la trampa de lodos se llena con partículas de impurezas sólidas, el movimiento del líquido a través de la válvula de seguridad se detiene, como resultado de lo cual se cierra la válvula de bola 22 y el manguito del carrete 25, bajo la influencia de la diferencia de presión que surge debido a la presencia de una cavidad diferencial 27, desciende y toma la posición más baja, comprimiendo el resorte 16. A través de los orificios de derivación combinados 24 y 26, el fluido de trabajo ingresa a la entrada de la bomba.

Una válvula de seguridad de una unidad de bombeo de pozo sumergible para la producción de petróleo, que incluye una carcasa con un orificio de derivación, que está configurada para conectarse a una tubería para suministrar el líquido bombeado a la entrada de la bomba, un manguito de carrete con un orificio de derivación, colocado en la carcasa con posibilidad de movimiento axial de manera que en una de las posiciones del casquillo, sea posible mover el líquido bombeado a través de dichas aberturas de derivación de la carcasa y el casquillo, caracterizado porque el casquillo de carrete está diseñado para moverse bajo la influencia del flujo de líquido bombeado por la bomba sumergible a una posición en la que existe la posibilidad de movimiento del líquido bombeado a través de las aberturas de derivación de la carcasa y los casquillos, mientras que se forma una cavidad diferencial entre el casquillo del carrete y la carcasa en tal de manera que la dirección de la fuerza resultante que actúa sobre el buje del carrete al colocar la válvula de seguridad en el pozo sea opuesta a la dirección del flujo de líquido bombeado que actúa sobre el buje del carrete.

2.1.2 Patente 2480630 Federación Rusa, F04D15/02,F04 D13/10

Válvula de derivación para electrobomba centrífuga sumergible. Shramek V.B., Sablin A.Yu., Matveev D.F., Smirnov I.G.; empresa solicitante y titular de la patente con de responsabilidad limitada"Compañía Rusa de Ingeniería Eléctrica". - nº 2011139811/06; solicitud 29.09.2011; público. 27/04/2013.

La invención se refiere a equipos de producción de petróleo y se puede utilizar cuando se produce fluido de formación a partir de un pozo, en particular para pasar fluido desde el módulo de entrada (filtro) o separador de gas para recibir una bomba eléctrica centrífuga sumergible de pozo (ESP), y para suministrar fluido. desde el anillo hasta la bomba en caso de obstrucción de los elementos filtrantes con partículas de impurezas mecánicas.

Una válvula de seguridad conocida para una unidad de bombeo de pozo sumergible (patente No. 66417, E21B 43/38, fecha de publicación 2007.09.10), tomada como prototipo, incluye una carcasa con orificios de derivación en la pared lateral, que está diseñada para

conexión hidráulica de la entrada de la bomba con el espacio anular detrás de la trampa de lodos en la dirección del movimiento del líquido bombeado, siempre que se detenga el movimiento del líquido bombeado a través de la trampa de lodos, manguito del carrete con orificios de derivación radiales en la pared lateral. El casquillo se instala con posibilidad de movimiento axial. En la posición más baja del casquillo, los orificios de derivación de la carcasa y el casquillo están alineados y es posible mover el líquido bombeado desde el espacio anular hasta la entrada de la bomba. En particular, el casquillo está cargado por resorte y equipado con una válvula de retención de bola, configurada para cerrar el orificio central del casquillo cuando el fluido se mueve en la dirección opuesta después de detener la bomba.

Las desventajas de la válvula de seguridad conocida para una unidad de bombeo de pozo sumergible son:

Baja confiabilidad del funcionamiento de la válvula debido al atasco del manguito del carrete cuando partículas de impurezas mecánicas contenidas en el líquido ingresan al espacio entre el cuerpo y el manguito del carrete;

La baja probabilidad de funcionamiento sin fallos de la válvula conocida está asociada a la baja sensibilidad de la válvula debido a la baja velocidad de movimiento del manguito de corredera en caso de llenado del sifón de lodos o de obstrucción del separador con impurezas mecánicas. En este caso, el suministro de la bomba puede interrumpirse antes de que el manguito del carrete se mueva a la posición donde los orificios de derivación del manguito y la carcasa están alineados, momento en el cual el líquido fluirá desde el espacio anular hasta la entrada de la bomba;

Baja mantenibilidad de la válvula, ya que es imposible reemplazar partes de la válvula de seguridad sin primero desmontarla del tubo separador y el tapón obturador o vástago cilíndrico hueco, y desmontar el cuerpo de la válvula para reemplazar las piezas;

La instalación de una válvula de seguridad entre el motor y la trampa de lodos aguas abajo aumenta significativamente la longitud de toda la instalación del ESP, lo que crea dificultades adicionales al bajar y levantar la unidad en el pozo, y también conduce a la posible destrucción de los elementos más cargados, por ejemplo. por ejemplo, la conexión bridada del motor, con la consiguiente caída del equipo aguas abajo al fondo del pozo. Un aumento en las características de peso y tamaño de la instalación conduce a un mayor desgaste de las piezas de la bomba y a una disminución en el tiempo de actividad de la instalación de bombeo cuando opera en un área de mayor curvatura del pozo.

El objetivo de la invención es crear una válvula de derivación que permita el flujo de fluido de formación hacia la entrada de la bomba en caso de obstrucción del elemento filtrante del módulo de entrada o separador de gas, eliminando al mismo tiempo la ocurrencia de una situación de emergencia asociada con la interrupción. del suministro de fluido de formación por la bomba y falla de la unidad ESP con su posterior levantamiento del pozo.

El resultado técnico obtenido al resolver el problema es aumentar la confiabilidad de la válvula, la mantenibilidad, la facilidad de operación y aumentar el tiempo entre fallas de la instalación ESP.

El resultado técnico especificado se logra porque la válvula de derivación para una electrobomba centrífuga sumergible, que contiene una carcasa con orificios de derivación, que está diseñada para conectarse a una tubería para suministrar el líquido bombeado a la entrada de la bomba, según la invención está equipado con un eje instalado en la carcasa con posibilidad de rotación y conexión de un extremo del eje con el eje del módulo de entrada o separador de gas, y el otro extremo del eje - con el eje de la bomba eléctrica, mientras que el bypass los orificios están ubicados en la parte escalonada de la carcasa en ángulo con el eje central de la válvula en la dirección del flujo del líquido producido; en cada orificio de derivación se instala una válvula de retención, que incluye un asiento y una válvula de cierre; un elemento instalado en el cuerpo de la válvula de retención con capacidad de movimiento.

Hacer los orificios de derivación en ángulo con respecto al eje central de la válvula en la dirección del flujo del fluido producido permite reducir la resistencia hidráulica del líquido que fluye desde el anillo a través de los orificios de derivación de la válvula en caso de La obstrucción del módulo de entrada inferior o separador de gas, lo que aumenta la presión de la bomba, su rendimiento, aumenta la confiabilidad de la válvula, evitando fallas en el suministro de la bomba, lo que aumenta el tiempo entre fallas de la instalación ESP.

La instalación de válvulas de retención en las aberturas de derivación permite aumentar la sensibilidad de la respuesta de la válvula cuando aumenta la presión en el espacio anular, lo que aumenta la velocidad y confiabilidad de la válvula, evitando fallas en el flujo de la bomba.

Hacer el cuerpo de válvula prefabricado, que consta de dos partes, mejora las condiciones para el montaje/desmontaje de la válvula, lo que aumenta la capacidad de mantenimiento de la válvula.

La instalación de un soporte de eje en el cuerpo de la válvula mediante una conexión desmontable, como una roscada, aumenta la capacidad de mantenimiento de la válvula.

Instalar la válvula de retención en el orificio de derivación mediante una conexión desmontable, por ejemplo mediante una rosca, le permite reemplazarla o repararla rápidamente.

Hacer que el elemento de cierre de la válvula de retención tenga forma de bola garantiza la estanqueidad de la válvula de retención en la posición cerrada y también garantiza el autocentrado de la bola en la cavidad del cuerpo de la válvula cuando la válvula está abierta. El punto de contacto entre la bola y el cuerpo cuando la bola se mueve a lo largo del eje de la válvula de retención evita que se atasque en el cuerpo, lo que aumenta la confiabilidad de la válvula de derivación en su conjunto.

Hacer saltar la bola de la válvula de retención en la dirección opuesta

La dirección de influencia del flujo de fluido proveniente del anillo sobre la bola permite que la válvula se use tanto en pozos horizontales como inclinados, lo que amplía la funcionalidad de la válvula.

Hacer la válvula de derivación en forma de un producto independiente, con elementos de conexión en el cuerpo y en ambos extremos del eje, por ejemplo acoplamientos estriados para la conexión al eje del módulo de entrada o separador de gas y la bomba, aumenta la facilidad de uso. y mantenibilidad de la válvula.

La figura 2.2 muestra forma general Válvula de derivación para bomba eléctrica centrífuga sumergible. La válvula de derivación contiene una carcasa escalonada 1 con una abertura para el paso de líquido 2, realizada, por ejemplo, prefabricada, que incluye una parte superior 3 y la parte de abajo 4 edificios. En la carcasa 1 se encuentra un eje 5, fijado en particular en un soporte de cojinete 6, en el que están montados cojinetes radiales 7. En el soporte 6 se encuentran canales 8 para el paso del líquido bombeado. El soporte de cojinete 6 se fija en la carcasa 1 mediante una unión desmontable, por ejemplo una rosca. Se instalan acoplamientos estriados 9 y 10 en los extremos del eje 5 para conectar el eje 5 con el eje del módulo de entrada o separador de gas y el eje de la bomba ESP, respectivamente (no mostrado). En la parte escalonada de la carcasa 1 hay orificios de derivación 11 ubicados en ángulo con respecto al eje central de la válvula en la dirección del flujo del líquido producido. Se instala una válvula de retención 12 en cada orificio de derivación 11. La válvula de retención 12 contiene un par de válvulas, que incluye un asiento 13 y un elemento de bloqueo (bola) 15, cargado por un resorte 14, instalado en el orificio 16 del cuerpo. 17 de la válvula de retención 12 con capacidad de movimiento. Las válvulas de retención 12 se instalan en los orificios de derivación 11 usando, por ejemplo, una conexión roscada.

Figura 2.2 - Válvula de derivación

La carcasa 1 contiene una brida de conexión 18 con orificios 19 para elementos de sujeción, que permiten la instalación de la válvula de derivación en el módulo de entrada (no mostrado). La carcasa 1 está equipada con sujetadores (pernos) 20 para la conexión a la carcasa de la bomba ESP.

Cuando se enciende la unidad de bombeo, el fluido de formación, bajo la presión de la columna de líquido en el pozo, proviene del módulo de entrada o separador de gas (no mostrado), a través del orificio 2 hacia la válvula de derivación, pasa a través de los canales 8 del soporte de rodamiento 6 y es recibido por el ESP. En este caso, la bola 15 de la válvula de retención 12 es presionada contra el asiento 13 mediante un resorte 14, lo que elimina el suministro de fluido de formación desde el espacio anular a través de los orificios de derivación 11 hacia la válvula de derivación y, en consecuencia, a la entrada de la bomba ESP. Cuando el módulo de entrada o el separador de gas (no mostrado) está parcial o completamente obstruido con partículas de impurezas mecánicas, la diferencia de presión entre la presión del líquido exterior y el líquido en la cavidad interna de la válvula de derivación aumenta. En este caso, se abre la válvula de retención 12, en la que la bola 15 se mueve desde el asiento 13, comprimiendo el resorte 14 de la válvula de retención 12. El fluido de formación a través del orificio 16 de la válvula de retención 12 fluye desde el espacio anular hacia el cuerpo. 1 de la válvula de bypass y además, pasando por los canales 8 del soporte de rodamiento 6, sale de la válvula y entra a la bomba, proporcionándole líquido para continuar su funcionamiento, lo que evita que la bomba se interrumpa.

2.2 Desarrollo de patentesválvula de derivación

El estudio de patente tiene como objetivo mejorar la válvula de bypass para una electrobomba centrífuga sumergible (patente No. 2480630, F04D15/02, F04D13/10).

Uno de los elementos principales de la válvula de derivación (Figura 2.2) es una válvula de retención, que sirve para admitir fluido de formación cuando el módulo de entrada o el separador de gas está total o parcialmente obstruido con partículas de impurezas mecánicas. La desventaja de este diseño es la rápida obstrucción de la válvula de retención debido a la entrada de partículas grandes en el orificio de la válvula de retención. Este problema es muy relevante para las bombas centrífugas eléctricas resistentes al desgaste. La solución es instalar una malla de filtro receptor 13 (Figura 2.3) a lo largo del camino del movimiento del fluido de formación hacia la válvula de retención 1, que sirve para la filtración de partículas mecánicas grandes. Esta implementación constructiva aumentará el tiempo de funcionamiento de la válvula de derivación en modo normal y, por tanto, la vida útil de la bomba.

La instalación de la válvula de derivación del diseño en cuestión es complicada debido a la falta de una ranura para la instalación en la abrazadera de montaje del ascensor. La solución es cortar una ranura en la zona del cabezal 5 de la válvula bypass, lo que simplificará el proceso de instalación, aumentará su velocidad y lo hará similar al proceso de instalación de otras secciones de la bomba.

Figura 2.3 - Válvula de derivación modernizada

También en el diseño modernizado de la válvula de derivación se encuentran las cubiertas superior 9 e inferior 10, que sirven para proteger la cavidad interna de la contaminación durante el almacenamiento y el transporte.

La desventaja de este diseño de la unidad modernizada es el mayor tamaño total en dirección axial en comparación con la patente en cuestión.

3 . Diseño y principio de funcionamiento de la bomba.

La instalación ESP consta de una unidad de bombeo sumergible (un motor eléctrico con protección hidráulica y una bomba), una línea de cable (cable redondo y plano con acople de entrada de cable), una sarta de tubería, equipos de boca de pozo y equipos eléctricos de superficie: un transformador y una estación de control (o dispositivo complejo).

Una unidad de bombeo sumergible, que consta de una bomba y un motor eléctrico con protección hidráulica, se baja al pozo a través de tuberías. La línea de cable proporciona alimentación al motor eléctrico. El cable se fija al tubo con correas metálicas.

A lo largo de la bomba y el protector, el cable es plano, sujeto a ellos con correas metálicas y protegido contra daños mediante carcasas o abrazaderas.

Las válvulas de retención y de drenaje están instaladas encima de las bombas. La bomba bombea fluido fuera del pozo y lo entrega a la superficie a través de la sarta de tubería. El equipo de boca de pozo garantiza la suspensión de la sarta de tuberías con una bomba eléctrica y un cable en la brida de la carcasa, el sellado de tuberías y cables, así como el drenaje del fluido a la línea de flujo.

Bomba sumergible, centrífuga, seccional, multietapa. Motor eléctrico sumergible, trifásico, asíncrono, lleno de aceite y con rotor de jaula de ardilla. La protección hidráulica del motor eléctrico consta de un protector y un compensador. Protector de doble cámara con membrana de goma y cierres mecánicos, compensador con membrana de goma. Cable tripolar con aislamiento de polietileno.

El transformador suministra la tensión requerida al motor eléctrico sumergible; la estación de control está diseñada para controlar la electrobomba sumergible y apagar toda la instalación cuando se desconecta de su modo normal de funcionamiento.

La bomba sumergible, el motor eléctrico y la protección hidráulica están conectados entre sí mediante bridas y espárragos. Los ejes de la bomba, del motor y del protector tienen estrías en los extremos y están conectados mediante acoplamientos estriados.

El principio de funcionamiento de una bomba centrífuga sumergible no se diferencia del de las bombas centrífugas convencionales utilizadas para bombear líquidos. Su diferencia es que es seccional, de múltiples etapas, con un pequeño diámetro de etapas de trabajo: impulsores y paletas guía. Principalmente para la industria petrolera, las bombas sumergibles contienen de 130 a 415 etapas.

Una bomba centrífuga es una máquina hidráulica simple diseñada para levantar y transportar líquido a través de una tubería de un lugar a otro. La bomba consta principalmente de un impulsor con palas, una paleta guía, un eje y una carcasa.

El principio de funcionamiento de la bomba, con cierta simplificación, se puede imaginar de la siguiente manera: el líquido, aspirado a través del filtro y la válvula de succión, fluye a través de la tubería hacia las palas de la rueda giratoria, bajo cuya influencia adquiere velocidad y presión. Una bomba sumergible tiene muchas etapas y este proceso se repite en cada etapa, adquiriendo mayor velocidad y presión. La energía cinética del fluido se convierte en presión en el canal espiral. A la salida de la bomba, el flujo de fluido se recoge y se dirige a una sarta de tuberías.

Los principales parámetros de la bomba son: caudal, presión, altura de succión, consumo de energía y eficiencia. Los parámetros de la bomba se indican cuando funciona con agua.

3.1 Disposición de la bomba

Las bombas centrífugas eléctricas sumergibles están diseñadas según el principio seccional y, en general, constan de un módulo de entrada (MV), secciones intermedias (MC), sección superior (SV), válvula de retención (KO) y válvulas de drenaje (KS) (Figura 3.1,a). Si el contenido de gas es alto, la bomba incluye un módulo separador de gas de bomba (PGS) (Figura 3.1, b). El diseño ofrece opciones para equipar bombas con una sección inferior (LS), que tiene una malla receptora, mientras que el módulo de entrada está excluido de la bomba (Figura 3.1, c). Cuando se utiliza la sección inferior, el separador de gas no se puede incluir en la bomba. Si el contenido de gas es alto, la bomba puede incluir un separador de gas con rejilla receptora (MGN) (Figura 3.1, d). No es necesario un módulo de entrada.

Las bombas, según las dimensiones transversales, se fabrican en tres grupos: 5, 5A y 6. El grupo determina convencionalmente el diámetro interno mínimo de la cadena de producción, que para el grupo 5 es 123,7 mm, 5A - 130 mm, 6 - 148,3 mm. El diámetro de la carcasa de la bomba es de 92, 103 y 114 mm, respectivamente.

Figura 3.1 - Diseño del ESP

3.2 Diseño del módulo y funcionamiento de la bomba.

La bomba sumergible se ensambla a partir del módulo de entrada MV, el módulo bomba-separador de gas MNG, la sección media SS (uno + cuatro), la sección superior SV, que están conectados entre sí mediante bridas mediante espárragos y pernos.

La válvula de retención se enrosca en el cabezal de pesca de la sección superior, la válvula de drenaje se enrosca en la válvula de retención. La bomba es accionada por un motor eléctrico sumergible. El líquido bombeado ingresa al separador de gas a través del módulo de entrada, donde se separa el gas asociado, luego a la sección de bomba, donde se crea la presión requerida. A través de la válvula de retención y drenaje, el líquido ingresa a la columna de tubería de presión. Las válvulas de retención y drenaje se pueden instalar encima del cabezal de pesca de la bomba mediante 6...7 tubos.

El módulo de entrada se utiliza para recibir y limpieza áspera líquido bombeado, para conectar las secciones al motor y transmitir el par desde el eje del motor a los ejes de las secciones de la bomba. El módulo de entrada se muestra en la Figura 3.2 y consta de una base 1, con orificios para el paso del fluido de formación, en la cual el eje 2 gira sobre cojinetes deslizantes. El exterior de la base está cubierto con una malla receptora 3. Para conectar el módulo. eje con el eje protector del motor, se utiliza un acoplamiento estriado 4 espárragos 5, el extremo superior del módulo se fija a la sección media de la bomba o al módulo separador de gas de la bomba. La brida inferior fija el módulo de entrada al protector mediante pernos y tuercas. Para el periodo de transporte y almacenamiento, el módulo de entrada se cierra con las tapas 6 y 7.

El módulo separador de gas de la bomba (separador de gas) está diseñado para reducir el contenido volumétrico de gas libre en la entrada a las secciones de la bomba. El separador de gas MNG se muestra en la Figura 3.3 y consta de un cuerpo de tubería 1 con un cabezal 2, una base 3 en sus extremos y un eje 4 con piezas ubicadas en él. La carcasa contiene una tuerca 5 que asegura el paquete de piezas de trabajo a través de un tope 6, un cojinete 7, un casquillo espaciador 8, paletas guía 9, 10 y un anillo de soporte 11. El eje contiene 12 casquillos de cojinete radial, un acoplamiento estriado 19 , un tornillo 13, un impulsor 14, casquillos 15, rejilla 16 y separadores 17. Se presiona un sub 18 en el cabezal 2, formando un acoplamiento de flujo cruzado con el cabezal, un tubo perforado 20 se fija fuera del cabezal, actuando como un; unidad de separación adicional.

Durante el transporte y almacenamiento, el separador de gas se cierra con las tapas 21 y 22.

La base del separador de gas está asegurada con pernos y tuercas al módulo de entrada. El cabezal del separador de gas está bridado a la sección central de la bomba y asegurado con pernos o pernos. Los ejes se conectan mediante acoplamientos estriados. La base del separador de gases tiene una versión con malla receptora; en este caso no se necesita el módulo de entrada y el separador de gases se conecta directamente al protector (versión MNGN).

Figura 3.3 - Módulo separador bomba-gas

El separador de gas funciona de la siguiente manera. La mezcla de gas y líquido ingresa a través del módulo de entrada o la malla de la base del separador de gas al sinfín y luego a las partes de trabajo. Debido a la adquisición de presión, la mezcla gas-líquido ingresa a una cámara separadora giratoria equipada con nervaduras radiales, donde, bajo la influencia de fuerzas centrífugas, el gas se separa del líquido. A continuación, el líquido de la periferia de la cámara del separador fluye a través de las ranuras del submarino hasta la entrada de la bomba, y la mezcla de gas y líquido separada ingresa a la cavidad de la tubería perforada, donde se produce una separación adicional de gas y líquido. Este líquido sale a través de los orificios de la tubería, fluye hacia el exterior del cuerpo del separador de gas y nuevamente ingresa a la entrada. Esto reduce el contenido de gas en la mezcla que ingresa al separador de gas a través del módulo de entrada. El gas se descarga en el espacio anular a través de un tubo perforado. Los separadores de gas MNG(K)5, MNGN(K)5 se utilizan con bombas con una capacidad de hasta 250 m3/día, y MNG(K)5A, MNGN(K)5A - con bombas con una capacidad de hasta 400 m3/día.

La sección intermedia se muestra en la Figura 3.4 y es la parte principal de la bomba. La sección intermedia consta de una carcasa 1, un eje 2, un paquete de etapas (impulsores 3 y paletas guía 4), un cojinete superior 5, un cojinete inferior 6, cojinetes intermedios 17, un soporte axial superior 7, una cabeza 8, una base 9, dos nervaduras 10, anillos de goma 11, 13, acoplamiento estriado 14 y tapas 15 y 16. Los impulsores y las paletas guía están instalados en serie. Las paletas guía en la carcasa están fijadas por el cojinete superior y la base y permanecen inmóviles durante el funcionamiento. Los impulsores están montados a través de una chaveta en un eje, lo que los hace girar. Cuando las ruedas giran, el líquido bombeado recibe un aumento de presión de una etapa a otra.

Los cojinetes intermedios superior 5 e inferior 6 son soportes radiales del eje, y el soporte axial superior 7 percibe cargas que actúan a lo largo del eje del eje. Los anillos de goma 11 sellan la cavidad interna de la sección contra fugas del módulo de entrada y de bombeo.

El acoplamiento estriado 14 sirve para conectarse al eje de la sección acoplada o módulo de entrada o separador o protector de gas y transmite la rotación de un eje a otro. Durante el transporte y almacenamiento, la sección se cierra con tapas.

Las nervaduras 10 están diseñadas para proteger el cable eléctrico ubicado entre ellas de daños mecánicos contra la pared de las tuberías de la carcasa al bajar y levantar la bomba. Las nervaduras se fijan a la base de la sección con un perno y una tuerca.

La válvula de retención que se muestra en la Figura 3.5 está diseñada para evitar la rotación inversa de los impulsores de la bomba bajo la influencia de la columna de líquido en la tubería de presión cuando la bomba está detenida y para facilitar su reinicio; se utiliza para realizar pruebas de presión de la tubería después; bajando la instalación al pozo.

La válvula de retención consta de un cuerpo 1, en un lado del cual hay una rosca cónica interna para conectar la válvula de drenaje, y en el otro lado hay una rosca cónica externa para atornillar en el cabezal de pesca de la sección superior. Dentro de la carcasa hay un asiento de goma 2, sobre el cual descansa la placa 3. La placa tiene la capacidad de moverse axialmente en el manguito guía 4. Bajo la influencia del flujo del líquido bombeado, la placa se eleva, abriendo así la válvula. . Cuando la bomba se detiene, la placa desciende sobre el asiento bajo la influencia de la columna de líquido en la tubería de presión y la válvula se cierra.

Figura 3.5 - Válvula de retención

La válvula de drenaje se muestra en la Figura 3.6 y está diseñada para drenar el líquido de la tubería de presión (sarta de tubería) al levantar la bomba del pozo. La válvula de drenaje consta de un cuerpo 1, en un lado del cual hay una rosca cónica interna del acoplamiento para la conexión a la tubería que tiene un diámetro nominal de 73 mm, y en el otro lado hay una rosca cónica externa para atornillar la válvula de retención.

Figura 3.6 - Válvula de drenaje

Se atornilla un racor 2 en la carcasa, que está sellado con un anillo de goma 3. Antes de levantar la bomba del pozo, se derriba (rompe) el extremo del racor, ubicado en la cavidad interna de la válvula, con un herramienta especial, y el líquido de la sarta de tubería fluye a través del orificio del accesorio hacia el espacio anular. Durante el transporte y almacenamiento, la válvula de retención se cierra con las tapas 4 y 5. Los motores eléctricos sumergibles utilizados para accionar bombas centrífugas son asíncronos con rotores de jaula de ardilla, llenos de aceite. A una frecuencia actual de 50 Hz, la velocidad de rotación del eje síncrono es de 3000 rpm. Los motores, al igual que las bombas, tienen diámetros pequeños, diferentes para pozos con sartas de revestimiento de 140, 146 y 168 mm. Al mismo tiempo, su potencia puede alcanzar los 125 kW. En este sentido, los motores a veces se fabrican con una longitud superior a 8 m.

Para proteger el motor eléctrico de la entrada de fluido de formación en su cavidad interna, para compensar los cambios en el volumen de aceite en el motor durante el calentamiento y enfriamiento, y también para evitar fugas de aceite a través de fugas, se utiliza protección hidráulica (protector).

La protección hidráulica está ubicada entre el motor y la bomba y, creando un exceso de presión, simultáneamente suministra aceite espeso al sello de la bomba centrífuga, evitando fugas del fluido producido.

La electricidad se suministra al motor sumergible a través de un cable blindado especial. La parte principal del cable tiene una sección transversal circular. A lo largo de la unidad sumergible (bomba, protección hidráulica, cabezal del motor) se tiende un cable plano correspondiente a las dimensiones diametrales requeridas de la unidad.

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Durante mucho tiempo he soñado con escribir en papel (imprimir en una computadora) todo lo que sé sobre los ESP.
Intentaré contarles en un lenguaje sencillo y comprensible sobre la instalación de una bomba centrífuga eléctrica, el principal instrumento que produce el 80% de todo el petróleo en Rusia.

De alguna manera resultó que estuve conectado con ellos toda mi vida adulta. A los cinco años empezó a viajar con su padre a los pozos. A los diez años podía reparar él mismo cualquier estación, a los veinticuatro se convirtió en ingeniero en la empresa donde se reparaban, a los treinta se convirtió en diputado. director general, donde se fabrican. Hay muchísimo conocimiento sobre el tema; no me importa compartirlo, especialmente porque mucha, mucha gente me pregunta constantemente sobre esto o aquello relacionado con mis bombas. En general, para no repetir lo mismo muchas veces con diferentes palabras, lo escribiré una vez y luego haré exámenes;). ¡Sí! Habrá toboganes... sin toboganes no habrá manera.


Lo que es.
ESP es una instalación de una bomba centrífuga eléctrica, también conocida como bomba sin vástago, también conocida como ESP, también conocida como esos palos y tambores. ¡ESP es exactamente eso (femenino)! Aunque consta de ellos (masculino). Esta es una cosa especial con la ayuda de la cual los valientes trabajadores petroleros (o más bien trabajadores de servicios para los trabajadores petroleros) extraen el fluido de formación del subsuelo; así es como lo llamamos mulyaka, que luego (después de someterse a un procesamiento especial) se llama con todo tipo de palabras interesantes como URALS o BRENT. Este todo el complejo equipo, para cuya fabricación se necesitan los conocimientos de un metalúrgico, metalúrgico, mecánico, electricista, ingeniero electrónico, hidráulico, ingeniero de cables, trabajador petrolero e incluso un poco de ginecólogo y proctólogo. La cosa es bastante interesante e inusual, aunque fue inventada hace muchos años y no ha cambiado mucho desde entonces. En general, se trata de una unidad de bombeo normal. Lo curioso es que es fino (el más común se coloca en un pozo con un diámetro interior de 123 mm), largo (hay instalaciones de 70 metros de largo) y funciona en condiciones tan sucias que una más o menos Un mecanismo complejo no debería existir en absoluto.

Entonces, cada ESP contiene los siguientes componentes:

ESP (bomba centrífuga eléctrica) es la unidad principal; todas las demás la protegen y proporcionan. La bomba obtiene la mayor parte, pero hace el trabajo principal: elevar el líquido, así es su vida. La bomba consta de secciones y las secciones, de etapas. Cuantas más etapas, mayor será la presión que desarrolla la bomba. Cuanto más grande sea la etapa, mayor será el caudal (la cantidad de líquido bombeado por unidad de tiempo). Cuanto mayor es el caudal y la presión, más energía consume. Todo está interconectado. Además del caudal y la presión, las bombas también difieren en tamaño y diseño: estándar, resistentes al desgaste, resistentes a la corrosión, resistentes al desgaste y muy, muy resistentes al desgaste y la corrosión.

SEM (motor eléctrico sumergible) El motor eléctrico es la segunda unidad principal: hace girar la bomba y consume energía. Este es un motor eléctrico asíncrono (eléctricamente) ordinario, solo que es delgado y largo. El motor tiene dos parámetros principales: potencia y tamaño. Y nuevamente, hay diferentes versiones: estándar, resistente al calor, resistente a la corrosión, especialmente resistente al calor y, en general, indestructible (como si). El motor se llena con un aceite especial que, además de lubricar, también enfría el motor y compensa en gran medida la presión ejercida sobre el motor desde el exterior.

La protección (también llamada protección hidráulica) es algo que se interpone entre la bomba y el motor: en primer lugar, separa la cavidad del motor llena de aceite de la cavidad de la bomba llena con líquido de formación, al mismo tiempo que transmite la rotación y, en segundo lugar, resuelve el problema. problema de igualar la presión dentro y fuera del motor (en realidad puede haber hasta 400 atm, eso es aproximadamente un tercio de la profundidad) Mariana Trinchera). Los hay de distintos tamaños y, de nuevo, de todo tipo de diseños, bla, bla, bla.

Un cable es en realidad un cable. Cobre, tres hilos... También está blindado. ¿Puedes imaginar? ¡Cable blindado! Por supuesto, no resistirá un disparo ni siquiera de un Makarov, pero resistirá cinco o seis descensos al pozo y funcionará allí durante bastante tiempo.
Su armadura es algo diferente, diseñada más para la fricción que para un golpe fuerte, pero aun así. El cable viene en diferentes secciones (diámetros de núcleo), difiere en armadura (galvanizado normal o acero inoxidable) y también es resistente a la temperatura. Hay cable para 90, 120, 150, 200 e incluso 230 grados. Es decir, puede funcionar indefinidamente a una temperatura dos veces mayor que el punto de ebullición del agua (tenga en cuenta que extraemos algo parecido al aceite y no arde muy bien, pero necesita un cable con una resistencia al calor de más de 200 grados, y en casi todas partes).

Separador de gases (o separador de gases-dispersante, o simplemente un dispersante, o un separador de gases dual, o incluso un separador de gases-dispersante dual). Algo que separa el gas libre del líquido... o más bien el líquido del gas libre... en resumen, reduce la cantidad de gas libre en la entrada de la bomba. A menudo, muy a menudo, la cantidad de gas libre en la entrada de la bomba es suficiente para que la bomba no funcione; luego instalan algún tipo de dispositivo estabilizador de gas (enumeré los nombres al principio del párrafo). Si no es necesario instalar un separador de gas, instalan un módulo de entrada, pero ¿cómo debe llegar el líquido a la bomba? Aquí. En cualquier caso, instalan algo. Ya sea un módulo o un motor de gasolina.

TMS es una especie de sintonización. Quién lo descifra: sistema termomanométrico, telemetría... quién sabe cómo. Así es (este es un nombre antiguo, de los años 80): un sistema termomanométrico, lo llamaremos así, explica casi completamente la función del dispositivo, mide la temperatura y la presión, allí, justo debajo, prácticamente en el inframundo.

También hay dispositivos de protección. Esta es una válvula de retención (la más común es KOSH, una válvula de retención de bola), para que el líquido no se drene de las tuberías cuando se detiene la bomba (levantar una columna de líquido a través de una tubería estándar puede llevar varias horas; es una pena). Por esta vez). Y cuando es necesario levantar la bomba, esta válvula se interpone en el camino: constantemente sale algo de las tuberías, contaminando todo a su alrededor. Para estos fines, existe una válvula de cierre (o drenaje) KS, algo curioso, que se rompe cada vez que se levanta del pozo.

Todo este equipo cuelga de tuberías de bombeo y compresores (tubos; muy a menudo se hacen cercas con ellos en las ciudades petroleras). Se cuelga en la siguiente secuencia:
A lo largo de la tubería (2-3 kilómetros) hay un cable, arriba: CS, luego KOSH, luego ESP, luego la bomba de gasolina (o módulo de entrada), luego el protector, luego el SEM, e incluso abajo TMS. El cable recorre el ESP, el acelerador y el protector hasta llegar al cabezal del motor. Eka. Todo es un atajo. Entonces, desde la parte superior del ESP hasta la parte inferior del TMS pueden haber 70 metros. y un eje pasa por estos 70 metros, y todo gira... y alrededor hay alta temperatura, enorme presión, muchas impurezas mecánicas, un ambiente corrosivo.. Pobres bombas...

Todas las cosas son seccionales, secciones de no más de 9-10 metros de largo (de lo contrario, ¿cómo colocarlas en el pozo?) La instalación se ensambla directamente en el pozo: PED, cable, protector, gas, secciones de bomba, válvula, Las tuberías están unidas a él. ¡Sí! No olvides sujetar el cable a todo mediante abrazaderas (como correas de acero especiales). Todo esto se sumerge en el pozo y funciona allí durante mucho tiempo (espero). Para alimentar todo esto (y de alguna manera controlarlo), se instalan en el suelo un transformador elevador (TMPT) y una estación de control.

Este es el tipo de cosas que se utilizan para extraer algo que luego se convierte en dinero (gasolina, diesel, plásticos y otras porquerías).

Intentemos descubrir cómo funciona todo, cómo se hace, cómo elegirlo y cómo usarlo.

El ámbito de aplicación de las bombas centrífugas en la producción de petróleo es bastante amplio: caudal 40-1000 m 3 /día; por presión 740-1800 y (para bombas domésticas). Estas bombas son más efectivas cuando operan en pozos con altos caudales. Sin embargo, para el ESP existen limitaciones debido a las condiciones del pozo, por ejemplo, alto factor de gas, alta viscosidad, alto contenido de impurezas mecánicas, etc.

La creación de bombas y motores eléctricos en un diseño modular permite seleccionar con mayor precisión el ESP según las características del pozo en términos de caudales y presiones. Todos estos factores, teniendo en cuenta la viabilidad económica, deben tenerse en cuenta al elegir métodos de operación de pozos.

Las instalaciones de bombas sumergibles se sumergen en el pozo mediante tuberías de los siguientes diámetros: 60 mm con un caudal de líquido Q No. de hasta 150 m 3 /día, 73 mm con 150< Q» < 300 м 3 , - сут. 89 мм при Q e >> 300 m 3 /día. Las características calculadas del ESP se dan para el agua y para líquidos específicos (aceite) se especifican mediante coeficientes correlativos. Es recomendable seleccionar una bomba en función de caudales y presiones en la zona de mayor eficiencia y mínima potencia requerida. Las unidades ESP pueden funcionar con líquidos que contienen hasta 1,25 g/l H, S, mientras que las unidades convencionales pueden manejar líquidos que contienen hasta 0,01 g/l H: S.

Las bombas convencionales se recomiendan para pozos que contienen hasta 0,1 g/l de impurezas mecánicas en el líquido bombeado; bombas con mayor resistencia al desgaste - para pozos con un contenido de impurezas mecánicas en el líquido bombeado superior a 0,1 g/l, pero no superior a 0,5 g/l; bombas con mayor resistencia a la corrosión: para pozos con un contenido de sulfuro de hidrógeno de hasta 1,25 g.l y un valor de pH de 6,0 a 8,5.

Para seleccionar fluidos de formación agresivos o fluidos con un contenido significativo de impurezas mecánicas (arena), se utilizan pozos de diafragma. unidades de bombeo. Son bombas de desplazamiento positivo accionadas eléctricamente.

La instalación ESP incluye un grupo electrobomba sumergible, que combina un motor eléctrico con protección hidráulica y una bomba; línea de cable bajada al pozo mediante tubería de elevación; equipo de boca de pozo tipo OUEN 140-65 o accesorios para árboles de Navidad. AFK1E-65x14; estación de control y transformador, que se instalan a una distancia de 20-30 desde la boca del pozo. La electricidad se suministra al motor a través de una línea de cable. El cable se fija a la bomba y a las tuberías con correas metálicas. Las válvulas de retención y de drenaje están instaladas encima de la bomba. El fluido bombeado desde el pozo ingresa a la superficie a través de la sarta de tubería. La bomba eléctrica sumergible, el motor eléctrico y la protección hidráulica están conectados entre sí mediante bridas y espárragos. Los ejes de la bomba, del motor y del protector tienen estrías en los extremos y están conectados mediante acoplamientos estriados.

Criterio de aplicabilidad del ESP:

  • 1 La industria produce bombas para extraer líquidos de 1000 m3 por día a una presión de 900 m.
  • 2 Contenido de sulfuro de hidrógeno en productos extraídos: hasta 0,01
  • 3 Contenido mínimo de agua producida hasta 99%
  • 4 Contenido de impurezas mecánicas hasta 0,5.
  • 5 Contenido de gas libre no superior al 25%

La explicación de los símbolos de las instalaciones se da mediante el ejemplo de U2ETsNI6-350-1100.

U - instalación; 2 (1) - número de modificación;

E - accionado por un motor eléctrico sumergible;

C - centrífugo;

norte - bomba;

I - mayor resistencia al desgaste (K - mayor resistencia a la corrosión);

  • 6 (5; 5A) - grupo de instalación;
  • 350 - caudal de la bomba en modo óptimo para agua en m 3 / día;
  • 1100 es la presión desarrollada por la bomba en metros de columna de agua.

La instalación de una bomba centrífuga sumergible incluye equipos sumergibles y de superficie. El equipo sumergible incluye: una unidad de bomba eléctrica, que se baja al pozo por debajo del nivel del líquido a través de la tubería. La unidad de electrobomba consta de: un motor eléctrico con protección hidráulica, un separador de gas, una bomba centrífuga, así como válvulas de retención y drenaje. El equipo de superficie incluye: equipo eléctrico de la instalación y equipo de boca de pozo (cabezal de carcasa y accesorios de boca de pozo conectados a la línea de flujo). El equipo eléctrico, dependiendo del circuito de suministro actual, incluye una subestación transformadora completa para bombas sumergibles (KTPPS) o una subestación transformadora (TS), una estación de control y un transformador. La electricidad desde el transformador al motor sumergible se suministra a través de una línea de cable, que consta de un cable de alimentación aéreo y un cable principal con un cable de extensión. La conexión del cable de tierra al cable principal de la línea de cable se realiza en una caja de terminales, que se instala a una distancia de 3-5 metros de la boca del pozo.