Libmonster ID: UA-1633

 Автор: Лепеха А. И., Борисова Е. А.

Кандидат технических наук А.И. ЛЕПЕХА, генеральный директор АООТ "Московский экспериментальный завод химического машиностроения" и ЗАО "Новые насосные технологии",

Е.А. БОРИСОВА, эксперт ООО "ФиД" (Фокин и друзья)

Основной рабочий механизм при добыче нефти - насос. С его помощью не только выкачивают черное золото на поверхность земли, но и нагнетают так называемую оборотную воду в нефтеносный пласт для поддержания необходимого давления.

Еще недавно на скважинах в основном (в 60 % случаев) использовали динамические, в частности, центробежные насосы с электроприводом, в которых жидкость перемещалась под действием центробежной силы, возникающей при вращении специального колеса с профильными лопатками. Реже применяли другие агрегаты (объемные), перекачивающие нефть и воду за счет периодического изменения объема рабочей камеры.

Однако прошло время, когда нефть находилась практически на поверхности, и условия ее добычи сейчас значительно ухудшились. Количество поднимаемой на поверхность субстанции (среднесуточный дебит) из каждой скважины стал снижаться, а наличие в ней (субстанции) взвеси твердых частиц достигло 500-1000 мг/л. Кроме того, глубина залегания нефти значительно увеличилась, и у некоторой части скважин появились участки с большой кривизной ствола, что представляет значительные трудности при добыче традиционными агрегатами. И это еще не все. Интенсивное выделение из откачиваемой жидкости растворенного нефтяного газа приводит к нестационарным режимам работы насосов и отложениям солей парафинов в их проточной части.

Перечисленные факторы вызывают экстремальные нагрузки на используемые агрегаты, резко уменьшают продолжительность их надежного функционирования, составляющего при нормальных условиях эксплуатации 5-6 лет. Сейчас, когда количество высокодебитных скважин во всем мире постоянно уменьшается, появилась потребность в менее производительных и не таких громоздких механизмах. И тут свое слово сказали отечественные специалисты.

В конце 80-х годов XX в. на нашем предприятии разработали принци-

стр. 12


пиально новый тип насоса - роторно-вихревой (РВН). Это изобретение можно смело назвать российским ноу-хау. В основе его работы лежит открытый нами эффект гидромеханической резистивности (сопротивляемости), обеспечивающий высокую интенсивность передачи энергии к рабочей жидкости и низкий уровень гидравлических потерь в проточной части машины. Весь агрегат состоит из отдельных роторно-вихревых ступеней или камер, расположенных на одном валу Их количество подбирают в зависимости от конкретной задачи (глубина скважины, требуемый напор на выходе и др.). Что же представляет собой это самостоятельное звено насоса?

На первый взгляд в нем нет ничего особенного - два статора и находящийся между ними ротор. Последний установлен на шпонке и вращается вместе с валом машины, статоры же закреплены неподвижно в корпусе насоса соосно с ротором. Подвод и отвод рабочей жидкости происходит вдоль вала агрегата через всасывающий и нагнетательные каналы, расположенные в роторе.

Если все так просто, тогда в чем же секрет устройства и как проявляется эффект гидромеханической резистивности?

Оказывается, все дело в особенностях конструкции. Подробно мы их рассматривать не будем, скажем лишь о самом главном. Дело в том, что на боковых поверхностях ротора (с обеих сторон) и статоров (с внутренней) сделаны выемки или камеры в виде тора, разрезанного вдоль. Причем если у первого они гладкие, то в статорах имеются поперечные перегородки или лопасти, наклоненные под нужным углом. Жидкость, поступающая через всасывающий канал, попадает в две полукамеры ротора, где разгоняется за счет центробежных сил (с точки зрения физики, она является пространственным вихрем) и в какой-то момент сбрасывается в выемки статоров, а там захватывается лопатками. Здесь ее движение тормозится, после чего жидкость возвращается в камеры ротора с гораздо меньшей скоростью. И так происходит несколько раз. При этом часть кинетической энергии движущейся субстанции преобразуется в давление, и при достижении определенного его уровня выбрасывается в следующую ступень насоса и т.д.

Иными словами, процесс сжатия в роторно-вихревом агрегате идет интенсивно за счет многократного разгона-торможения жидкости, и напор, создаваемый одной его ступенью, в 6-10 раз превышает тот, который образует центробежный насос при равном наружном диаметре. По своему типу новый агрегат занимает промежуточное положение между насосами динамического и объемного действия, удачно сочетая лучшие свойства каждого из них.

Чтобы более полно оценить преимущества нашего изобретения, приведем краткие сравнительные характеристики роторно-вихревого (РВН 5-50-1400) и центробежного (ЭЦН 5-50-1400) насосов. Для обеспечения напора жидкости 1400 м при подъеме на поверхность земли с глубины 1100-2000 м с суточной подачей 50 м 3 можно использовать оба типа, причем с одинаковыми внешними параметрами ступеней - наружный диаметр 92 мм. Однако на этом и кончается сходство. Судите сами. В первом случае необходимо 46 рабочих ступеней, во втором - 273; длина РВН - 2,7 м, ЭЦН - 8,3, вес соответственно 85 и 270 кг, да и энергозатраты на сжатие и нагнетание жидкости в первом случае на 15-25 % меньше. Мы привели самый краткий перечень сравнительных характеристик, а на самом деле их гораздо больше и все в пользу нашего детища.

На базе новой технологии на нашем предприятии разработали семейство агрегатов различного назначения. Одним из основных является бесштанговая роторно-вихревая насосная установка (УРВН) для добычи нефти. В ее состав, кроме насоса, входит погружной электродвигатель с протектором, трансформаторная подстанция, выносное подключающее устройство (пункт управления) и ряд вспомогательных модулей, поставляемых в случае необходимости.

Пока создано 16 модификаций УРВН, обладающих широчайшими возможностями. Среди них можно выбрать и такие, которые качают как минимальное количество нефти в сутки - 10 м 3 , так и максималь-

стр. 13


ное - 40 м 3 при достигаемом напоре до 3000 м и потребляемой мощности до 32 кВт.

Перечисленные установки практически не имеют альтернативы при работе в искривленных и наклонных скважинах, ибо длина насоса у них составляет всего 1,1-3,4 м. Кроме того, они незаменимы для эффективной эксплуатации низкодебитных скважин, а также при повышенном содержании газа и механических примесей в пластовой жидкости. Низкое удельное потребление электроэнергии (экономия по сравнению с традиционными достигает 40%), небольшие затраты на ремонт узлов и механизмов за счет их унификации, а также простоты конструкции и высокой износостойкости деталей, выполненных из соответствующих материалов, дополняют положительные качества наших установок.

Еще одной новинкой, так необходимой нефтяникам, стал горизонтальный роторно-вихревой агрегат АРВНП. Здесь следует сделать небольшое отступление. Дело в том, что когда открывают месторождение нефти, последняя находится под определенным давлением (пластовым), которое способствует ее подъему по скважине и, в конечном счете, обеспечивает добычу. По мере уменьшения количества черного золота давление падает и его нужно каким-то способом постоянно увеличивать. Для этого в пласт с помощью различных установок закачивают воду. До сих пор предпочтение отдавали коллекторным системам или так называемым кустовым насосным станциям, но наш агрегат оказался гораздо более эффективным. В чем секрет?

Помимо того, что АРВНП существенно экономичнее (удельное потребление электроэнергии у них ниже на 20 %), они могут обслуживать не только несколько скважин (до 10), но даже одну, что для других систем просто не реализуемо. И еще. Благодаря тому, что детали его проточной части выполнены из высокохромистых чугунов, кольца для двухопорной подвески роторов и опорные диски пяты - из реакционноспеченного карбида кремния, а втулки радиальных и осевых опор вала - из оксида алюминия, он способен перекачивать "вредные" жидкости с содержанием свободного газа до 60%, а песка - 1 г/л. Причем их кинематическая вязкость может достигать 10-20 мм 2 /с, температура - 90 о С.

Приведем характеристики, делающие наши установки в ряде случаев просто незаменимыми. Упоминавшиеся кустовые рабочие станции рассчитаны на очень большой объем работ - от 180 м 3 /ч и выше, в то время как сейчас более востребованы устройства, обеспечивающие перекачивание жидкости всего от 10 до 120 м 3 /ч. Именно таковыми снабжаем промышленность пока только мы. Более того, конструктивные особенности установок позволяют создавать передвижные варианты, обеспечивающие мобильность. На сегодняшний день это единственный пример использования таких агрегатов в мировой практике.

И еще. С развитием средних и малых предприятий, расширением дачного строительства резко вырос спрос на насосы коммунального и бытового назначения для извлечения из-под земли неагрессивной технической и питьевой воды. Для этого мы разработали погружные роторно-вихревые насосные агрегаты РВНВ. Они затрачивают электроэнергии на 15-20% меньше ранее применяемых центробежных аналогов, хотя обеспечивают напор жидкости в 2-3 раза больше. Да и масса установки снижена на 50-70%, и стоит она дешевле.

В свою очередь, новая насосная техника предъявляет специфические требования к питающим ее устройствам, поскольку подавляющее большинство отечественных электроприводов переменного тока "разгоняют" ротор не выше 3000 об/мин. Мало того, они очень громоздки, малонадежны, неэкономичны, дороги. Поэтому нам пришлось думать об улучшении электромеханизмов. В результате был создан унифицированный электропривод (ПЭДПС) и преобразователь частоты, обеспечивающий скорость вращения ротора до 9000 об/мин и возможность плавного ее изменения. Поскольку в этом преобразователе нет трансформаторов и дросселей, то все устройство очень несложно и надежно в эксплуатации. Этому также способствует его компактность (объем управляющей части - не более 150 м 3 , а масса - около 100 г) и очень высокий кпд - 95.

В заключение следует сказать: выявленный нами эффект гидромеханической резистивности открывает широкие возможности для разработки турбин, компрессоров, пневмоинструмента нового поколения. А пока созданные на базе этого эффекта роторно-вихревые насосы различного назначения мощностью до 500 кВт не имеют себе равных как на отечественном, так и зарубежных рынках ни по рабочим характеристикам, ни по срокам службы, ни по стоимости. Свидетельством признания их достоинств является бронзовая медаль, которой они удостоены в 1993 г. на Брюссельской международной выставке "Эврика", Диплом и серебряная медаль, полученные на Первом международном салоне инноваций и инвестиций, проходившем в 2001 г. в Москве, а также Диплом и золотая медаль Торгово-промышленной палаты Российской Федерации. На наши разработки получено 10 патентов РФ.

Записал А.К. МАЛЬЦЕВ


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/РОССИЙСКИЕ-НОУ-ХАУ-ДЛЯ-НЕФТЯНИКОВ

Similar publications: LUkraine LWorld Y G


Publisher:

Бельбек ТахумовContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/Scientist

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

РОССИЙСКИЕ НОУ-ХАУ ДЛЯ НЕФТЯНИКОВ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 17.06.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/РОССИЙСКИЕ-НОУ-ХАУ-ДЛЯ-НЕФТЯНИКОВ (date of access: 16.07.2024).

Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Rating
0 votes
Related Articles
Бездепозитные бонусы: как онлайн казино привлекает игроков?
Catalog: Разное 
14 days ago · From Україна Онлайн
Розуміння Жертви Ісуса Христа Розуміння Воскресіння Ісуса Христа Основа Гносеології Основа Антропології Основа Онтології Це перша публікація цієї роботи - ексклюзив для www.elibrary.com.ua ! Контакт: maximshvets100@gmail.com
28 days ago · From Максим Швець
МЕЖДУНАРОДНАЯ ЛИКВИДНОСТЬ ИНДИИ: ПРИНЦИПИАЛЬНЫЙ СДВИГ
30 days ago · From Petro Semidolya
ЮГО-ВОСТОЧНАЯ ЕВРОПА В ПРЕДСТАВЛЕНИИ АРАБСКИХ ГЕОГРАФОВ IX В.
Catalog: География 
33 days ago · From Petro Semidolya
"ТУРЕЦКОЕ ОЗЕРО": ЧЕРНОЕ МОРЕ В XV-XVII ВВ.
Catalog: География 
33 days ago · From Petro Semidolya
АВСТРАЛИЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX ВЕКА: В ПОИСКАХ НАЦИОНАЛЬНОЙ И ПОЛИТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИЧНОСТИ
34 days ago · From Petro Semidolya
НОРМАТИВНО-ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ МИТНИХ ВІДНОСИН У ВЕЛИКОМУ КНЯЗІВСТВІ ЛИТОВСЬКОМУ XVI ст.
Catalog: Право 
36 days ago · From Україна Онлайн
СУЧАСНИЙ УКРАЇНСЬКИЙ ҐРАНД-НАРАТИВ: ПІДХОДИ, КОНЦЕПЦІЇ, РЕАЛІЗАЦІЯ
36 days ago · From Україна Онлайн
The majority of theoretical misconceptions and the most significant misunderstandings in modern astronomy, cosmology and physics are caused by a purely mathematical approach and ignoring philosophical comprehension of physical reality and, as a result, by not deep enough understanding of the essence of certain physical phenomena and objects.
39 days ago · From Павло Даныльченко
The cardinal difference between relativistic gravithermodynamics (RGTD) and general relativity (GR) is that in RGTD the extranuclear thermodynamic characteristics of matter are used in the tensor of energy-momentum to describe only its quasi-equilibrium motion.
39 days ago · From Павло Даныльченко

New publications:

Popular with readers:

News from other countries:

ELIBRARY.COM.UA - Digital Library of Ukraine

Create your author's collection of articles, books, author's works, biographies, photographic documents, files. Save forever your author's legacy in digital form. Click here to register as an author.
Library Partners

РОССИЙСКИЕ НОУ-ХАУ ДЛЯ НЕФТЯНИКОВ
 

Editorial Contacts
Chat for Authors: UA LIVE: We are in social networks:

About · News · For Advertisers

Digital Library of Ukraine ® All rights reserved.
2009-2024, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of affiliates, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. Once you register, you have more than 100 tools at your disposal to build your own author collection. It's free: it was, it is, and it always will be.

Download app for Android