Винтообразные насосы
Винтообразной насос (ВН), являющийся устройством для перекачки воды, был разработан сначала 1920-х годов для перекачки вязких жидкостей и смесей. С самого начала винтообразные насосы получили обширное применение в самых различных критериях использовались в разных отраслях индустрии (хим, пищевой, металлообрабатывающей, картонной, текстильной, табачной, отходоперерабатывающей и нефтяной).
С момента первых суровых попыток внедрения винтообразных насосов для механизированной добычи сначала 1980-х годов, происходило их постепенное внедрение в нефтяной индустрии.
К 2003 г. винтообразные насосы работали в самых различных критериях и вариантах заканчивания в более чем 40 000 скважин по всему миру, от Аляски до Южной Америки, от добычи легкой нефти и угольного метана в русских Нижневартовске и Новокузнецке до Австралии, от отдаленных минеральных источников в горах Стране восходящего солнца до наземных и морских скважин в Африке и Индонезии. Ниже приведены стандартные варианты и условия внедрения винтообразных насосов:
Томная нефть
Плотность в градусах по API < 18
Абсолютная вязкость 500 — 50000 сП
Содержание песка до 50%, сниженное до 3-5% при размеренном дебите
Нефть средней плотности
Плотность в градусах по API 18 — 30
Абсолютная вязкость < 500 сП
Ограничения по содержанию CO2 и H2S
Легкая нефть
Плотность в градусах по API >30
Ограничение по содержанию ароматичных углеводородов
Температурные ограничения
Вода
Обезвоживание угольного метана (CBM)
Обезвоживание природного газа
Водозаборные скважины
— Отопление жилых помещений
— Промышленные источники минеральных вод
Закачка воды — заводнение
Системы винтообразных насосов владеют рядом отличительных особенностей, которые в состоянии сделать их более желательными для механизированной добычи по сопоставлению с другими имеющимися техническими средствами. Вот более важные из этих особенностей:
— КПД систем винтообразных насосов составляет 50 — 70%
— Низкие серьезные издержки и расходы на электроэнергию
— Возможность перекачивания жидкостей с высочайшим уровнем вязкости, огромным содержанием жестких частиц и свободного газа
— Низкие значения внутренних градиентов скорости сдвига, ограничивающие эмульгирование воды
— Отсутствие клапанов либо деталей с возвратно-поступательным движением позволяет предупредить закупоривания, газовые пробки либо износ узлов
— Легкий установка и эксплуатация, малый объем нужного обслуживания
— Маленькие габариты и малый уровень шума приводной установки на устье.
Системы винтообразных насосов имеют ряд определенных ограничений по условиям внедрения. Основными из этих ограничений являются производительность, высота подъема воды и сопоставимость резиновых деталей с откачиваемыми жидкостями. Ниже приведен лаконичный список ограничительных критерий внедрения и эксплуатационных заморочек, связанных с внедрением систем ВН.
— Производительность: 1-800 м3/денек (5000 баррелей/денек)
— Высота подъема воды: 3000 м (9800 футов)
— Температура: 150°C (300°F)
— Тенденция к появлению неискоренимых повреждений эластомерных деталей при работе насоса без воды даже очень недолговременное время.
— Воздействие неких жидкостей приводит к разбуханию и порче эластомерного материала
Внедрение улучшенного оборудования и материалов позволяет значительно расширить спектр внедрения винтообразных насосов новых моделей. В почти всех случаях, ВН является не только лишь единственно вероятным вариантом механизированной эксплуатации, да и может стать очень действенным с экономической точки зрения при хорошей конфигурации и правильной эксплуатации.
Главные механизмы работы винтообразного насоса 
Винтообразной насос является большим насосом, состоящим из 2-ух компонент — ротора и статора (Рис. 1). Ротор имеет форму внешней спирали с числом заходов «n» и обычно делается из прочной стали (Рис. 2). Ротор является единственной передвигающейся деталью насоса. Статор представляет собой внутреннюю спираль с числом заходов «n+1» (Рис. 3) и состоит из железного кожуха-трубы с неразъёмно соединенным со стенами трубы эластомерным элементом. Ротор имеет на один заход меньше чем статор.
Когда они собраны совместно, группа двояковыпуклых полостей, спирально огибающая ротор снаружи, тянется повдоль винтообразной полосы насоса (Рис. 4). Любая полость герметично разделена от расположенных рядом полостей при помощи уплотнительных линий. Уплотнительные полосы образуются повдоль полосы контакта меж ротором и статором (показана красноватым цветом) и являются принципиальным моментом для действенной работы насоса. Рис. 4 указывает две отдельные полости на одном шаге статора под углом 180° друг к другу в насосе с однозаходным ротором.
Принцип деяния винтообразного насоса
При вращении ротора происходит неизменное открытие и закрытие полостей и их перемещение от приема к подаче насоса. Площадь полости меж ротором и статором остается неизменной на любом сечении по всей длине насоса, что обеспечивает непульсирующий поток. Объем полости определяется как площадь закачки (площадь поперечного сечения полости) умноженная на шаг статора. Осевая линия ротора смещена от оси статора на постоянную величину, именуемую «эксцентриситет». Для насоса с однозаходной геометрией эксцентриситет равен разнице меж огромным и малым поперечниками ротора деленной на два. Площадь полости насоса с однозаходной геометрией равна малому поперечнику ротора умноженному на 4 и умноженному на эксцентриситет. Объем полости определяется как функция площади полости умноженная на шаг статора.
Площадь полости = d x 4e
Объем полости = d x 4e х шаг статора
Черта по давлению и изменение подачи насоса при изменении давления
Номинальный уровень дифференциального давления винтообразного насоса является суммой номинальных уровней давления каждой отдельной ступени. Хотя это и является несколько произвольным определением, ступенью обычно именуют длину 1-го шага статора. Обычно уровень номинального давления для отдельной ступени находится в спектре 66-100 psi. Композиция а) наибольшего уровня давления, который может быть сотворен в одной полости и б) числа полостей в насосе определяет его предельное давление. Давление, которое может быть сотворено в каждой полости, является функцией компрессионной подгонки ротора и статора, физических черт эластомерного элемента, длины шага статора и параметров прокачиваемой воды. Для винтообразного насоса, при иных равных критериях, более высочайшее давление для каждой ступени обычно значит более низкую долговечность статора.
Более нередко применяемым методом измерения эксплуатационной свойства насоса является расчет большого кпд насоса, определяемого как разница меж начальной подачей насоса при нулевом напоре и подачей при номинальном напоре разбитая на начальную подачу при нулевом напоре. Разница в уровнях подачи при нулевом и номинальном напорах определяется как «изменение подачи насоса при изменении давления». Изменение подачи насоса при изменении давления появляется, когда находящаяся под высочайшим давлением жидкость нарушает компрессионную подгонку меж прилегающими полостями и прорывается меж уплотнительной линией ротор/статор. Это приводит к общему понижению уровня подачи насоса, который является неизменным для данной величины дифференциального давления.
Создатель статьи — Тим Солтис
Weatherford International, статья подготовлена с ролью Дж.Ф. Ли