Погружной привод нефтяного насоса

В Российской Федерации, а также в других странах, занимающихся разработкой нефтяных месторождений, имеется значительный спрос на нефтедобывающие электроустановки, в частности, на погружные нефтяные комплексы.
Комплекс состоит из:

• нефтяного насоса,
• электродвигателя,
• гидрозащиты,
• преобразователя частоты, питающего кабеля.

Электродвигатель погружного нефтяного насоса

Изготовлением электродвигателей для нефтяных насосов занимается ряд отечественных и зарубежных производителей, таких как Centrilift, Reda, Алнас, АО «Корпорация «ВНИИЭМ». Однако у современных погружных нефтедобывающих установок имеется ряд недостатков. Самый существенный недостаток – это значительные габаритные размеры погружных нефтяных комплексов. Из-за размеров возникают сложности при размещении погружных нефтяных комплексов в скважинах с повышенной кривизной или углом наклона, значительно увеличиваются затраты на транспортировку оборудования, его монтаж, эксплуатацию и ремонт.

По-прежнему остаются проблемы низкого уровня надежности устройства гидрозащиты, низкого срока службы электродвигателей, межремонтный период работы которых составляет около половины ресурса работы новых изделий, низкий КПД и cos α, что является причиной высокого удельного потребления электроэнергии.

Новое поколение погружных нефтяных комплексов должно устранить или уменьшить вышеперечисленные недостатки существующих систем электроприводов. Перспективными разработками должны быть решены следующие задачи:

• высокая производительность погружных нефтяных комплексов;
• минимальные габариты погружных установок, позволяющие эксплуатировать скважины со сложной геометрией ствола;
• малые материальные и энергетические затраты;
• возможность глубокого регулирования частоты вращения погружных нефтяных комплексов с оптимизацией режимов нефтедобычи;
• усовершенствование гидрозащиты.

Особенности конструкции высокоскоростного погружного электропривода

Погружные нефтяные комплексы весьма специфичны, так как эксплуатируются в тяжелых условиях окружающей среды. При работе они находятся непосредственно в скважине ограниченного диаметра в среде пластовой нефтесодержащей жидкости, температура которой достигает + 90°С, а внешнее давление на комплексы – 20 МПа. Пластовая жидкость содержит воду, химически активные соединения и абразивные примеси.

Анализ существующих конструкций погружных нефтяных комплексов отечественного и иностранного производства показывает, что наиболее слабым местом в данных электроприводах является гидрозащита. Несмотря на наличие самой совершенной гидрозащиты, в электродвигателях погружных нефтяных комплексов практически всех типов происходит замещение диэлектрической жидкости, заполняющей электродвигатель, пластовой жидкостью. Проникая в электродвигатель, пластовая жидкость разрушающе действует на пазовую и межвитковую изоляцию обмотки статора и подшипники.

В электроприводах при питании электродвигателей от высокочастотных преобразователей, расположенных на поверхности земли, и при больших длинах питающих кабелей при наличии высших гармонических могут возникать перенапряжения в обмотках статоров, что может привести к пробою межвитковой и пазовой изоляции.

При использовании высокоскоростных электродвигателей положительным фактором является снижение массогабаритных показателей привода и всего комплекса. Однако, вследствие этого, высокоскоростные электродвигатели имеют повышенную тепловую нагрузку, так как поверхность охлаждения у них существенно меньше, чем у серийных. Кроме этого, при высоких частотах вращения увеличиваются механические потери от трения «бочки» ротора об окружающую среду.

Во ВНИИЭМ разработан и изготовлен высокоскоростной погружной управляемый электропривод и комплексный стенд для испытаний комплекта погружного электропривода нефтяного насоса и его конструктивных узлов в условиях, приближенным к реальным. На рисунке изображена конструктивная схема погружного нефтяного комплекса.

	1 – основной нефтяной насос 2 – магнитная муфта 3 – синхронный электродвигатель с постоянными магнитами 4 – маслонасос 5 – регенератор 6 – теплообменник с системой очистки 7 – преобразователь – инвертор 8 – питающий кабель
Конструктивная схема погружного нефтяного комплекса

С целью снижения массогабаритных показателей применен синхронный электродвигатель с возбуждением от высокоэнергетических постоянных магнитов, расположенных на роторе. Потери на возбуждение в нем отсутствуют, к.п.д. на 3-5% выше, а массогабаритные показатели в 1,5-2 раза ниже по сравнению с асинхронным электродвигателем. Постоянные магниты выполнены из соединения самарий-кобальт и имеют коэрцитивную силу по индукции – не менее 710 кА/м и индукцию – не менее 0,98 Тл. При этом магниты сохраняют работоспособность при температуре, достигающей 250°С. Магниты наклеены непосредственно на вал ротора, и на них напрессован тонкостенный титановый стакан, защищающий магниты от разрушения при высоких частотах вращения ротора. Статор электродвигателя выполнен из изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,18 мм марки 2421, удельные потери которой при частоте питания 400 Гц составляют 12,5 Вт/кг. В пазах статора располагаются основная и дополнительная обмотки, выполненные нагревостойкими класса С проводами марки ППИ-У и ПЭТ-200-2. Основная обмотка служит для создания м. д. с. в воздушном зазоре, вращающейся с синхронной частотой, дополнительная обмотка соединена с преобразователем-инвертором и обеспечивает идентификацию положения ротора и питание инвертора.

Снижение температуры электродвигателя достигается интенсивной системой охлаждения. Кроме этого, применены материалы с высокой степенью нагревостойкости. В данной конструкции полость статора с обмоткой отделена от полости ротора гильзой из стеклопластика и заполнена охлаждающей диэлектрической жидкостью. При работе электродвигателя при помощи специального маслонасоса осуществляется циркуляция диэлектрической жидкости по контуру: полость статора – подшипники – теплообменник с системой очистки – полость статора. Пазовая изоляция статора выполнена таким образом, что между стенками паза и изоляцией образуются каналы, по которым протекает охлаждающая диэлектрическая жидкость, возвращаясь обратно по каналам в спинке статора.
Полость ротора является газонаполненной (воздух), что существенно снижает механические потери на трение «бочки» ротора по сравнению с жидкостной системой наполнения, особенно при высоких частотах вращения.

Для исключения попадания пластовой жидкости внутрь электродвигателя и ее вредного воздействия на пазовую и межвитковую изоляцию обмоток статора и на подшипники электродвигатель выполнен герметичным. Это достигается применением магнитной муфтой и герметичными токовводами.

Магнитная муфта состоит из ведущей и ведомой полумуфт. Ведущая полумуфта, насаженная на рабочий конец вала электродвигателя, закрывается немагнитным металлическим стаканом, соединенным с корпусом электродвигателя и создающим герметичность данного узла. Ведомая полумуфта, соединенная с основным нефтяным насосом, охватывает немагнитный металлический стакан с ведущей полумуфтой.

Для исключения перенапряжений в питающем кабеле и в обмотках статора преобразователь-инвертор выполнен погружным и расположен в одном корпусе с электродвигателем. Питание инвертора осуществляется постоянным током, что приводит к уменьшению электрических потерь в питающем кабеле.

Контактная информация:

тел. (495) 366-27-83

e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript