В первых частях я описал фонтанный, газлифтный способ добычи нефти, а также добычу с помощью глубинных объемных насосов - плунжерного и винтового.
Но сейчас бОльшую часть нефти, как минимум в нашей стране, добывают с помощью принципиально иного глубинного насоса - установки электроцентробежного насоса (УЭЦН).
Примечательно, что их разработал российский ученый Армаис Арутюнов. Только после революции он разошелся с советской властью, после чего эмигрировал в Германию, а потом - в США. Он основал фирму REDA - «Russian Electrical Dynamo of Arutunoff».
Со временем REDA вошла в состав крупнейшей нефтяной корпорации Schlumberger, а Россия потеряла выдающегося инженера с разработками, опередившими время.
Во время Второй Мировой войны США поставили в СССР 53 насоса REDA, с которых впоследствии, методом реверс-инжиниринга, были созданы советские образцы. В 1949 году советская делегация инженеров, возглавляемая А. Богдановым, посетила компанию REDA, детально ознакомившись с её продукцией. В 1951 году советские насосы, сделанные на базе насосов Арутюнова, поступили на нефтескважины.
Установка электроцентробежного насоса (УЭЦН) — это устройство, которое также называют бесштанговым насосом или ESP.
По своей сути, это обычный насосный агрегат центробежного типа.
Особенность УЭЦН заключается в его компактных размерах (наиболее распространённые модели имеют диаметр 123 мм и могут быть установлены в скважину с соответствующим внутренним диаметром), а также в его длине, которая может достигать 70 метров. Более того, УЭЦН способен работать в экстремальных условиях, где другие механизмы подобного типа не смогли бы функционировать.
В составе каждого УЭЦН есть следующие узлы:
Электроцентробежный насос (ЭЦН) — ключевой элемент системы. Его основная функция — подъём жидкости.
Насос состоит из секций, а секции — из ступеней. Чем больше ступеней, тем выше напор, который может создать насос. Чем больше сама ступень, тем больше дебит — количество жидкости, прокачиваемой за единицу времени.
Чем больше дебит и напор, тем больше энергии потребляет насос. Всё взаимосвязано.
Насосы различаются не только по дебиту и напору, но и по габаритам и исполнению: стандартные, износостойкие, коррозионностойкие и износокоррозионностойкие.
ПЭД - погружной электродвигатель
Вторым ключевым компонентом системы является электродвигатель, который приводит в действие насос. Это стандартный асинхронный электродвигатель, но его конструкция отличается от обычной: он более тонкий и длинный.
У электродвигателя есть два основных параметра: мощность и габариты. Также существуют различные модификации: стандартный, термостойкий, устойчивый к коррозии, особо термостойкий.
Внутри электродвигателя находится специальное масло, которое не только обеспечивает смазку, но и выполняет функцию охлаждения, а также компенсирует давление, действующее на двигатель извне.
Протектор (еще его называют гидрозащитой)
Он стоит между насосом и двигателем. Он, во-первых, отделяет полость двигателя, заполненную маслом, от полости насоса, заполненной пластовой жидкостью, передавая при этом вращение, а, во-вторых – решает проблему уравнивания давления внутри двигателя и снаружи (там до 400 атм бывает, это примерно как на трети глубины Марианской впадины). Бывают разных габаритов и опять же исполнения.
Кабель
Медный, трехжильный.. Еще он бронированный. Он может выдержать пять-шесть спусков в скважину и будет там работать достаточно долго. Они бывают плоскими или круглыми.
Бронирование у него кабеля рассчитано скорее на трение, чем на острый удар. Кабель бывает разных сечений (диаметров жил), отличается броней (обычная оцинкованная или из нержавейки), а еще он отличается температурной стойкостью. Есть кабель на 90, 120, 150, 200 и даже 230 градусов. То есть может неограниченно долго работать при температуре в два раза превышающей температуру кипения воды. Закрепляются они специальными металлическими поясами - клямсами к трубе
Еще есть дополнительные устройства
Газосепаратор (или газосепаратор-диспергатор, или просто диспергатор, или сдвоенный газосепаратор, или даже сдвоенный газосепаратор-диспергатор)
Он предназначен для отделения жидкости от свободного газа на входе в насос. В большинстве случаев количество свободного газа на входе в насос оказывается достаточным для его нормальной работы, поэтому в таких случаях не требуется установка газосепаратора. Однако если есть необходимость в дополнительной защите от свободного газа, то устанавливают входной модуль.
ЭЦН висит на насосно-компрессорных трубах. И смонтирован в следующей последовательности:
Все части УЭЦН секционные, секции длиной не более 9-10 метров и собирается установка непосредственно на скважине.
Для защиты насоса в компоновку труб входит обратный клапан обычно шарового типа. Он нужен для того, чтобы при остановке насоса жидкость не вытекала из трубы, так как при следующем запуске насос начнет работать с перегрузкой и может сгореть. Кроме того, имеется так называемая сливная муфта (сливной клапан), но на работу насоса она никак не влияет и нужна для глушения скважин
Принцип работы насоса прост. Он состоит из множества ступеней, которые в свою очередь состоят из рабочих колес с лопастями и аппаратов. Они закреплены на валу. При работе, жидкость, поступая в межлопастные каналы вращающегося вокруг оси рабочего колеса под влиянием центробежных сил, перемещается к периферии колеса и выбрасывается в направляющий аппарат. Направляющий аппарат служит для направления потока жидкости в приемную часть рабочего колеса, отвода и подачи в следующую ступень насоса. И так далее.
УЭЦН имеет свои достоинства и недостатки.
К плюсам относятся:
1. Большой дебит. Именно УЭЦН могут обеспечить большую добычу, по сравнению с теми же штанговыми.
2. Возможность работать в наклонно-направленных скважинах. Штанговые насосы в такие не спускают, штанги просто соприкасаются с трубой и режут ее или обрываются от заклинивания
3. Меньший износ трубы - нет трущихся частей, нечему трубу портить
4. Большая безопасность для персонала - так как те же ШСНУ имеют множество движущихся наземных частей, то установки отключают при обслуживании, так как они могут нанести травму. И тут движущихся частей нет - и травму не наносят. А рубить кабель под напряжением никому не придет в голову, хотя в 90-е их умудрялись выдирать и воровать, так как меди там много, обжигай кабель и сдавай.
Основные минусы
1. Высокая чувствительность с большому содержанию газа - могут сгореть при наполнении газом, хотя стоит защита и они чаще сего останавливаются. В любом случае подачи нет
2. Не могут работать с высоковязкими нефтями (свыше 200 сантипуаз)
3. Отсутствие широкой эксплуатационной гибкости. - УЭЦН невозможно извлечь по частям. Если тот же вставной насос ШСНУ можно поднять на штангах. то тут любая поломка приводит к полному подъему оборудования из скважины