Легко ли добыть нефть. Что такое УЭЦН и как он работает. Часть 3⁠⁠

В предыдущих частях я рассмотрел общее устройство УЭЦН: https://pikabu.ru/story/legko_li_dobyit_neft_chto_takoe_uyet... и устройство насоса и погружного электродвигателя: https://pikabu.ru/story/legko_li_dobyit_neft_chto_takoe_uyet...

Следующим по важности и обязательности узлом УЭЦН является гидрозащита или протектор.

По конструкции – это один из самых сложных узлов. Служит для того, что бы передать вращение от двигателя к насосу, и при этом разделить их полости (насос заполнен пластовой жидкостью, двигатель – маслом). Кроме этого гидрозащита выполняет функцию выравнивания давления в двигателе, то есть в ней есть некий элемент, который воспринимает давление пластовой жидкости и передает его маслу двигателя. Да, еще одна из функций протектора – восприятие осевой нагрузки от валов насоса. Протектор характеризуется диаметром (92, 103, 114 мм). От диаметра зависит – насколько большую мощность он может передать и насколько большую нагрузку на вал он может принять. Протекторы бывают диафрагменные, лабиринтные, комбинированные.

Рассмотрим самый распространенный вариант – комбинированный. Самым первым барьером на пути пластовой жидкости будет верхнее торцовое уплотнение, такой специальный узел, который состоит из двух половинок – вращающейся (одевается на вал) и неподвижной (вставляется в часть корпуса протектора – ниппель). На подвижной части есть специальный сильфон и пружина, которая прижимает вращающуюся часть к неподвижной. Поверхности прилегания вращающейся и неподвижной частей сделаны из специальных материалов – керамики или релита, и очень гладкие для надежного контакта. Подвижная часть уплотняется по валу, неподвижная – по корпусу.

Схема комбинированной гидрозащиты

Принципиальная схема работы гидрозащиты

Получается, что торцовое уплотнение разделяет объемы над и под ниппелем, но при этом позволяет валу вращаться. При этом такое торцовое уплотнение держит порядка 3-4 атм. Таких уплотнений в протекторе – обычно три или четыре.

Итак, сверху и снизу диафрагма, которая уравнивает давления внутри и снаружи ПЭДа, изготовлена из специальной термостойкой и маслостойкой резиной ограничены. Она ограничена торцовыми уплотнениям. Снаружи диафрагмы – пластовая жидкость(голубые шарики). Эта жидкость давит на стенки диафрагмы и передает давление маслу(зеленые шарики). Масло по каналу среднего ниппеля попадает в верхнюю трубку лабиринта и сообщает давление дальше(красные шарики). Масло через нижнюю трубку лабиринта по трубке попадает в полостью двигателя (желтые шарики). Вал при этом у нас может вращаться, но полость двигателя отделена аж тремя барьерами, и еще и давления что там, что там одинаковое! Вот такой хитрый механизм. Тот кусок, который содержит диафрагму – соответственно диафрагменная секция протектора, тот который с трубками – лабиринтная секция. Зачем такие сложности? Все сделано для того, что бы протектор как можно дольше работал и защищал двигатель. Например, отказало верхнее торцовое уплотнение или порвалась диафрагма? что произойдет? А ничего страшного! Пластовая жидкость будет давить на жидкость лабиринта – масло и пластовая жидкость в спокойном состоянии не смешиваются, а в спокойном состоянии они находятся даже при включенном двигателе. И пока еще пластовая жидкость пройдет лабиринт? Протектор все это время будет выполнять свои функции.

Это самый простой протектор, однако есть и посложнее, когда лабиринтов и диафрагм больше, то есть камер не две, а три, или даже четыре! Соответственно торцовых уплотнений и барьеров для пластовой жидкости еще больше. Бывает, что два протектора соединяют последовательно – это увеличивает надежность оборудования.

Еще один узел протектора – узел пяты. Это специальный упорный подшипник, который воспринимает осевую нагрузку на вал протектора. Эта нагрузка в некоторых установках может быть больше тонны. Представляете себе подшипник, который вращается с частотой 3000 об/минуту, и несет при этом тонну веса.

Полость диафрагмы соединена через специальные обратные клапана с внешней полостью. Эти клапана открываются при определенном давлении изнутри диафрагмы, что бы в случае превышения давления в двигателе, например, при его нагреве и соответственно расширению объема масла, ему было куда деваться и не рвать диафрагму. То есть масло при определенном давлении выплевывается из протектора.

В каждом ниппеле, в голове и основании есть специальные радиальные подшипник – они позволяют валу легко вращаться и ограничивают его от изгиба.

Когда производят монтаж протектора, его прокачивают через специальные пробки, полость за полостью, снизу вверх, вытесняя весь воздух и одновременно проводя опрессовку торцовых уплотнений и клапанов. Делать это надо очень тщательно, соблюдая последовательность и время. Этих пробок на защите может быть штук десять – главное ничего не перепутать. Пробки уплотняются специальными одноразовыми свинцовыми шайбами.

Для питания двигателя используется кабель. Очевидно, что обычный кабель для этой цели не подойдет, поэтому для этого используют специальный нефтепогружной кабель. По форме профиля могут быть кабели круглые КРБК и плоские КПБП. Сейчас круглый кабель практически не используется. КПБП состоит из трех изолированных медных жил. Изоляция выполняется двухслойной. В нижнем слое используется изоляционный полиэтилен высокой плотности, в наружном слое светостабилизированный полиэтилен высокой плотности для оболочек. Толщина каждого из слоев составляет 1,5 мм.

Схема кабеля КПБП

Поверх параллельно уложенных жил располагается подушка из лент нетканого материала и броня из стальных оцинкованных лент толщиной 0,5 мм. Броню накладывают с положительным перекрытием лент.

Кабелю при спуске УЭЦН прикрепляется к трубам с помощью специальных металлических поясов – клямс. Они затягиваются специальным устройством – клямсевателем, по неведомой причине называемый оренбургскими нефтяниками кичедык. Кстати, тест на нефтяника. Если я говорю с кем-нибудь на работе, и он говорит кичедык и вертиголова - значит земляк.

Если скважина имеет горизонтальные участки, то в местах соприкосновения кабеля со стенками скважины на кабель ставят защитные устройства – протекторы.

Связка клямс

Тот самый кичедык

Протектор для кабеля

И под конец видеоролик с объяснением принципа работы УЦН