ESP (ESP Unit, Electric Driven Centrifugal Pump Unit) ESP označuje ponorné bezpístnicové čerpací jednotky. Zařízení ESP se skládá z ponorné části, spouštěné do studny vertikálně na hadicové struně , a povrchové části vzájemně spojené ponorným napájecím kabelem.
Ponornou částí zařízení ESP je čerpací jednotka svisle spuštěná do vrtu na potrubí potrubí , skládající se z SEM (ponorný elektromotor), hydraulické ochranné jednotky, modulu nasávání kapaliny, samotného ESP , zpětného ventilu, a vypouštěcí (vypouštěcí) ventil. Skříně všech jednotek ponorné části ESP jsou trubky s přírubovými spoji pro vzájemné kloubové spojení, s výjimkou zpětných a vypouštěcích ventilů, které jsou k potrubí přišroubovány závitem. Délka ponorné části po sestavení může dosáhnout více než 50 metrů. Součástí ponorné techniky je i ponorný pancéřový třížilový kabel, jehož délka přímo závisí na hloubce sestupu ponorné části ESP.
Elektricky poháněné odstředivé čerpadlo pro výrobu oleje je vícestupňové a obecně vícesekční. Modulová část čerpadla se skládá z tělesa, hřídele, sady stupňů (oběžná kola a vodicí lopatky), horních a spodních radiálních ložisek, axiální podpěry, hlavy a základny. Sada jevů s hřídelí, radiálními ložisky a axiální podpěrou je umístěna v pouzdře a upnuta koncovkami. Verze čerpadel se liší materiály pracovních těles, částí tělesa, třecích párů, provedením a počtem radiálních ložisek.
Struktura symbolu ESPDosavadní rozvoj nových ropných polí s komplikovanými podmínkami pro její těžbu a využívání technologií zvyšujících těžbu ropy na již vytěžených polích vede ke zkrácení doby generálních oprav provozu tradičních zařízení na těžbu ropy včetně ESP . Tato skutečnost vyžaduje, aby výrobci rozšiřovali sortiment jimi vyráběných zařízení, která mohou splňovat podmínky konkrétních vrtů. V této souvislosti jsou vyráběny nové modely ESP, které mají konstrukční vlastnosti pracovních těles, technologii jejich tavení a materiál, ze kterého jsou vyrobeny, umístění axiálních a radiálních podpor a mnoho dalšího. Všechny tyto vlastnosti se odrážejí v symbolech modelu čerpadla, které si často každý výrobce vytváří podle svých specifikací , a to i přes vytvoření státní normy pro tento typ zařízení.
Příklad symbolu (po přijetí GOST R 56830-2015 „Instalace hlubinných elektricky poháněných lamelových čerpadel“):
120 UELNT 80-2500
Příklad symbolu (před přijetím GOST R 56830-2015):
UETsN5-125-2150
Někteří výrobci používají následující označení ESP-5A-45-1800(3026), kde jsou v závorce uvedeny otáčky, při kterých musí ESP pracovat, aby bylo dosaženo udávaného výkonu a tlaku.
Výrobci ESP v USA používají pro své produkty jinou strukturu pojmenování, jako například:
TD-650 (242st) nebo DN-460 (366st)
Ve většině případů je tento motor speciální konstrukce a jedná se o asynchronní , třífázový , dvoupólový střídavý motor s rotorem nakrátko. Motor je naplněn nízkoviskózním olejem, který plní funkci mazání ložisek rotoru a odvádění tepla na stěny skříně motoru, které je omýváno proudem vrtných produktů. SEM jsou pohonem ESP, který přeměňuje elektrickou energii, která je přiváděna kabelem shora do závěsné zóny instalace, na mechanickou energii otáčení čerpadel.
Hydraulická ochrana je zařízení používané k ochraně proti vnikání formovací kapaliny do dutiny elektromotoru, ke kompenzaci tepelné roztažnosti objemu oleje a k přenosu točivého momentu na hřídel odstředivého čerpadla. Spodní konec hřídele je připojen k hřídeli (rotoru) elektromotoru, horní konec - k hřídeli čerpadla při instalaci na studnu. Hydroprotekce plní následující funkce:
Formovací kapalina vstupuje do pracovních stupňů ESP přes sací otvory ve spodní části čerpací jednotky, proto jsou u některých jednotek otvory ve spodní části spodní části ESP, ale ve většině případů všechny jednotky ESP jsou vybaveny samostatnou jednotkou nasávání tekutin, která se nazývá sací nebo vstupní modul. Hřídel přijímacího modulu je pomocí drážkových spojek připojen zespodu k hřídeli hydraulické ochrany a shora k hřídeli spodní části ESP, takže při provozu ESP je rotace hřídele rotoru motoru a hydraulické ochrany je přenášena přes tuto jednotku na čerpací sekce. Kromě přijímání formovací tekutiny a přenášení rotace může tato jednotka v závislosti na konstrukci filtrovat formační tekutinu od mechanických nečistot a hrát roli jednotky stabilizující plyn. V souladu s výše uvedenými funkcemi lze rozlišit následující skupiny jednotek příjmu tekutin:
Přijímací modulNejjednodušší jednotka z následujících, jejími hlavními úkoly je přijímat kapalinu ze zásobníku do dutiny čerpadla a přenášet točivý moment z SEM do ESP . Skládá se ze základny (1) s otvory pro průchod formovací tekutiny a hřídele (2), otvory jsou uzavřeny přijímací mřížkou (3), která zabraňuje jejich ucpání. Délka přijímacího modulu zpravidla nepřesahuje 500 mm a průměr skříně odpovídá průměru skříně čerpacích sekcí a stejně jako ESP je klasifikován podle velikosti . Při instalaci ESP do studny je přijímací modul instalován mezi hydraulickým chráničem a spodní částí ESP nebo plynové stabilizační jednotky, pokud je vyrobena bez přijímacích otvorů, k tomu je ve spodní části základny příruba s průchozími otvory pro připojení k tělu chrániče a na horním konci jsou slepé závitové otvory, do kterých jsou zašroubovány svorníky pro spojení s přírubou sestavy namontované za přijímacím modulem.
Ponorný filtrZařízení, které snižuje vliv mechanických nečistot na činnost ESP. Může být prezentován jako modul instalovaný mezi ochranným hydraulickým chráničem a spodní částí ESP, kde celá filtrační plocha zařízení je sací plocha rezervoárové kapaliny, v tomto případě ponorný filtr má ve své konstrukci šachtu, která přenáší rotaci rotoru motoru na čerpací sekce a kromě filtrování kapaliny v zásobníku vykonává stejné funkce jako přijímací modul. Ponorným filtrem může být také modul zavěšený pod celou instalací. V tomto případě filtr není modul nasávání kapaliny, ale je doplňkovým závěsným zařízením.
Odlučovač plynuZařízení pracující na sání čerpadla, které snižuje negativní vliv plynového faktoru oddělením plynné fáze od vyrobené kapaliny v zásobníku. Zásobníková kapalina přes sací otvory vstupuje do rotujícího šneku , který urychluje svůj pohyb, poté prochází oběžným kolem, "protřepávajíc" kapalinu pro odplynění, do separačního bubnu, ve kterém se působením odstředivých sil tvoří těžší fáze (kapalina a mechanické nečistoty) jsou vyvrhovány na periferii, kde se kanál přes speciál přesune do stupně čerpadla a lehčí plynná fáze se konsoliduje ve středu bubnu a je vyvedena speciálním kanálem do mezikruží vrtu. Odlučovač plynu v ESP je instalován na vstupním modulu a skládá se z:
Odlučovač plynu umožňuje stabilní provoz čerpadla při obsahu plynu ve vyráběné směsi na sání do 55 %.
Dispergátor plynuStejně jako odlučovač plynů se jedná o zařízení, které snižuje škodlivý vliv plynového faktoru na provoz ESP, ale na rozdíl od odlučovače plynů se neodděluje na kapalnou a plynnou fázi, ale naopak promíchává uvolněný plyn z kapaliny do homogenní emulze, přičemž plyn není odváděn do mezikruží.
Navenek jsou si tyto jednotky podobné až na absenci otvorů pro výstup plynu u dispergátoru plynu a uvnitř má namísto separátoru sadu pracovních těles, která utloukají produkovanou směs.
Účinnost této jednotky je mnohem nižší než u odlučovače plynů, ale při použití v kombinaci s odlučovačem plynů je zajištěn stabilní provoz ESP s obsahem plynu na sání až 75 %.
Zabraňuje vypouštění kapalinového sloupce umístěného v hadičce a tím zabraňuje zpětné rotaci ESP
Zařízení používané k vypouštění tekutiny z potrubí při zvedání ESP. Jedná se o potrubní nástavec o délce nejvýše 30 cm podél těla s vnitřním závitem nahoře a vnějším závitem dole, který odpovídá závitu trubky. Jako vypouštěcí mechanismus vyčnívá do vnitřního prostoru zařízení narážecí, obvykle mosazná armatura, která má dutinu ústící do otvoru v mezikruží jímky.
Ponorný telemetrický senzor
(TMSP)
Zařízení, které měří aktuální provozní parametry ESP a parametry vyráběné kapaliny. Namontováno na základně PED. Měří a přenáší do pozemní telemetrické jednotky TMSN parametry jako: Izolační odpor, teplota vinutí motoru, vibrace, tlak na sání čerpadla, teplota kapaliny atd.
Kabelové vedení je určeno k napájení střídavého napětí z povrchu do ponorného motoru jednotky.
Kabelové vedení se skládá z hlavního kabelu (plochého nebo kulatého) a plochého prodlužovacího kabelu, který je k němu připojen kabelovou průchodkou.
Spojení hlavního kabelu s prodlužovacím kabelem je provedeno jednodílnou spojkou (splice). Spojky lze také použít ke spojení částí hlavního kabelu pro získání požadované délky.
Prodlužovací kabel má oproti hlavnímu kabelu zmenšené vnější rozměry.
Kabelová průchodka zajišťuje hermetické připojení kabelu k SEM.
V závislosti na teplotě a agresivitě čerpaného média se vyrábí kabely s různým stupněm izolace. Moderní kabely jsou schopny pracovat při teplotách do 200 °C a napětí do 4000 V.
Trubkové trubky (trubkové trubky) se používají k odsávání kapaliny a plynu ze studní, k vstřikování vody, stlačeného vzduchu (plynu)
Řídicí stanice dodává energii, řídí provoz ponorné jednotky a chrání ji před abnormálními provozními režimy. Moderní řídicí stanice mohou být vybaveny tyristorovými měniči pro plynulou regulaci otáček hřídele čerpadla, což umožňuje plynulé nastavení průtoku a tlaku instalace, pro zajištění měkkého (bez trhání) startování motoru po vypnutí. Řídicí stanice zajišťuje řízení, indikaci a záznam hlavních provozních parametrů instalace, odstavení elektromotoru při přetížení/podtížení, poklesu izolačního odporu atd.
Tranzistorové IGBT frekvenční měniče se v posledních 20 letech úspěšně používají v řídicích stanicích jako regulátory otáček elektromotorů ponorných čerpadel. Jsou pokročilejší než tyristorové měniče a mají vyšší účinnost . V souvislosti se vznikem požadavků na omezení vyzařování harmonických složek proudu technickými zařízeními s odběrem proudu nad 16 A, připojenými k nízkonapěťovým napájecím systémům GOST 30804.4.3-2013 (IEC 61000 - 4 - 3 : 2006), řídící stanice mohou být vybaveny vstupními aktivními nebo LCL filtry harmonického zkreslení. Někteří výrobci řídicích stanic používají místo filtrů 18-pulzní obvody pro usměrňovač frekvenčního měniče, čímž se dosahuje podobného efektu v oblasti filtrace při nižších nákladech stanice.
Olejový transformátor pro ponorná čerpadla napěťové třídy 3 kV a 6 kV je určen pro zvýšení napětí za řídicí stanicí nn.
ESP se potápí do velkých hloubek - až několik kilometrů. Často potřebují přinést poměrně hodně síly. Aby se zmenšil průřez žil kabelů vedoucích k ponornému elektrickému odstředivému čerpadlu, musí být samotná čerpadla vyrobena jako vysokonapěťová. Ne vždy je cenově výhodné instalovat drahou vysokonapěťovou řídicí stanici čerpadel, a to i z důvodu nákladné údržby za provozu. Proto je TMPN zaveden jako mezičlánek pro zvýšení napětí na požadovanou úroveň [2] .
TMPN přináší významný problém, který se v současnosti obchází – možnost výhradně skalárního řízení elektromotoru ESP, ačkoli vektorové řízení je energeticky účinnější a přesnější .