Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và hiệu quả sử dụng bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí

Ngành dầu khí Việt Nam là một ngành công nghiệp quan trọng trong nền kinh tế quốc dân.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành dầu khí Việt Nam là một ngành công nghiệp quan trọng trong nềnkinh tế quốc dân Trong những năm gần đây nhờ chính sách đổi mới của nhà nước,

đã có nhiều công ty dầu khí nước ngoài tiến hành thăm dò và khai thác dầu khí tạithềm lục địa Việt Nam

Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro là một đơn vị đứng đầu trongthăm dò và khai thác dầu khí hiện nay Sản lượng khai thác chủ yếu trên mỏ Bạch

Hổ và một phần mỏ Rồng

Được sự cho phép của Khoa Dầu Khí trường đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội,

với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Thịnh em làm đề tài: “Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và hiệu quả sử dụng bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí”

Trong quá trình thực hiện đề tài, do khả năng có hạn và điều kiện không chophép nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các thầy cô và cácbạn đóng góp những ý kiến quý báu cho đề tài được hoàn thiện hơn

Qua đây cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới liên

doanh Dầu khí Vietsovpetro, các thầy cô đặc biệt là thầy: Nguyễn Văn Thịnh người

đã giúp đỡ em tận tình và chu đáo trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án

Hà Nội, tháng 06 năm 2009

Trần Văn Hưng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.4

Sơ đồ thiết bị miệng giếng khi khai thác bằng bơm ly tâm

Hình 2.5 Đầu giếng khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm 25

Hình 2.8 Đường cong đặc tính của bơm REDA 100 Stage D 950 –

Hình 2.9 Mặt cắt tầng 1 của máy bơm ly tâm điện chìm 32Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ điện chìm 34

Hình 2.15 Sơ đồ Protector túi đôi, loại hai túi nối tiếp 44Hình 2.16 Sơ đồ thiết bị tách khí theo nguyên tắc đảo dòng 47Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý thiết bị tách khí theo nguyên tắc ly tâm 48Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo áp suất và nhiệt độ 49

Bảng 2.2 Giá trị nhiệt độ cực đại cho phép khi sử dụng máy bơm ly

Bảng 2.3 Các loại bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí 20

Bảng 2.6

Các loại cáp điện dùng trong tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm Các loại bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác

Bảng 4.1 Tỷ lệ các nguyên nhân gây hỏng của stator 59

Bảng 5.1 Các thông số hoạt động của tổ hợp máy bơm ly tâm điện

TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP KHAI THÁC DẦU KHÍ

1.1 Khai thác tự phun

Còn gọi là phun tự nhiên, dòng chảy từ đáy giếng lên miệng giếng được duy trì

nhờ năng lượng có trong vỉa, bao gồm: năng lượng tự nhiên và năng lượng nhân tạothông qua kỹ thuật ép vỉa

Điều kiện để áp dụng phương pháp phun tự nhiên là năng lượng trong vỉa,thông qua giá trị áp suất đáy, phải đủ để nâng một cách có hiệu quả sản phẩm lênmiệng giếng với thế năng dư

Đây là phương pháp cho hiệu quả kinh tế cao nhất Vì vậy, cần phải kéo dàithời gian tự phun của giếng Thông thường, trong thời kỳ đầu làm việc của giếng tựphun, năng lượng vỉa lớn hơn nhiều năng lượng cần thiết để nâng chất lỏng lên

miệng giếng và đến các thiết bị xử lý Theo thời gian, năng lượng vỉa giảm đi và

giếng kết thúc tự phun khi áp suất miệng giếng còn khoảng 3 – 4 at

Để sử dụng năng lượng vỉa một cách hợp lý, phải có chế độ khai thác thích hợp.Đối với giếng khai thác tự phun có sử dụng cột ống nâng thì năng lượng vỉa bị tiêuhao ít hơn so với giếng khai thác tụ phun không sử dụng cột ống nâng, vì vậy kéodài thời gian tự phun của giếng Việc sử dụng cột ống nâng là phương pháp tốt đểđiều chỉnh vận tốc chuyển động của hỗn hợp chất lỏng – khí và tạo đối áp lên vỉa

Đối với vỉa sản phẩm có chứa cát xốp thì việc sử dụng cột ống nâng có tác dụngphòng ngừa sự hình thành nút cát trên đáy giếng vì vận tốc chuyển động của hỗnhợp chất lỏng - khí lớn sẽ tạo điều kiện tốt để mang cát từ vỉa lên trên bề mặt.Ngoài ra, giếng khai thác tự phun có sử dụng cột ống nâng khi cần đóng giếng đểsửa chữa do bị hư hỏng hoặc miệng giếng không kín sẽ đơn giản hơn.

Mặt khác, trong quá trình khai thác đôi khi cần phải điều khiển áp suất đáygiếng để có yếu tố khí nhỏ nhất, hạn chế lượng cát lớn chảy từ vỉa vào giếng,… nênlưu lượng dầu, khí từ vỉa vào cũng thay đổi và áp suất đáy giếng có thể thay đổi khiđường kính cột ống nâng thay đổi (tăng đường kính cột ống nâng thì áp suất đáygiếng giảm và lưu lượng khai thác tăng lên) Tuy nhiên, phương pháp điều khiểnnày không thuận lợi, bởi vì thay thế cột ống nâng cần phải tiến hành dập giếng, kéotheo một khối lượng lớn công việc và có thể gặp nhiều sự cố phức tạp

Vì vậy, để điều khiển áp suất đáy giếng trong quá trình khai thác tự phun,người ta tạo ra độ chênh áp bằng cách đặt côn tiết lưu hoặc đặt đối áp lên miệnggiếng

Khai thác các giếng tự phun, có thể gặp các sự cố ngoài ý muốn, lúc đó, cầnphải sử dụng các biện pháp cụ thể để giếng trở về chế độ khai thác bình thường Nếu áp suất miệng giếng giảm và áp suất ngoài cột ống khai thác tăng lên thìnguyên nhân có thể do sự hình thành các nút cát hoăc lắng đọng parafin trong cộtOKT Nếu áp suất miệng giếng giảm và áp suất ngaòi cột ống khai thác cũng giảmđáng kể thì nguyên nhân có thể do sự hình thành nút cát ở đáy giếng hoặc có sự xâmnhập của nước trong sản phẩm Nếu áp suất miệng giếng giảm đồng thời lưu lượnggiếng tăng lên thì có thể do côn tiết lưu bị mài mòn Nếu áp suất miệng giếng và ápsuất ngoài cột ống khai thác tăng lên đồng thời lưu lượng giếng giảm thì có khảnăng côn tiết lưu hoặc đường ống sản phẩm bị tắc

Nếu có nút cát trong ống nâng, phải mở hết van xả trên đường xả dưới và dùngmáy nén khí ép mạnh qua hai nhánh, nếu vẫn không được thì chuyển sang bơm dầu

để phục hồi sự hoàn toàn của giếng Nếu có nút cát ở đáy giếng thì cho giếng làmviệc một thời gian ở chế độ không có côn tiết lưu, tăng vận tốc dòng chảy để mangcát lên hoặc bơm từng đợt dầu vào khoảng không cột ống khai thác Nếu côn tiết

lưu hoặc ống dẫn bị tắc thì phải chuyển sang làm việc ở nhánh dự phòng, sau đókiểm tra côn tiết lưu và đường ống dẫn

Ngoài ra, để kéo dài thời gian khai thác tự phun, phải tìm kiếm các giảm phápkhác như: ép vỉa, khích thích vỉa, xử lý vùng cận đáy giếng…

1.2 Khai thác cơ học

Là phương pháp bổ sung năng lượng nhân tạo vào đáy giếng Tùy theo tínhchất dầu, đặc tính của giếng, nguồn năng lượng bổ sung có thể là thế năng, thế năngcủa khí nén (gaslift), điện năng hoặc thủy năng

Trong việc khai thác dầu trên thế giới, các phương pháp khai thác bằng cơhọc thường có sẵn, vấn đề là lựa chọn một phương án thích hợp cho từng đối tượngkhai thác cụ thể

Quá trình lựa chọn phương pháp khai thác dầu bằng cơ học bắt đầu từ phântích các thông tin về các đặc tính địa chất của mỏ, các tính chất lý hoá của dầu,nước và khí, khả năng có thể khai thác sản phẩm được từ các giếng, cấu trúc thângiếng Trên cơ sở đó mới có thể xác định khả năng áp dụng phương pháp khai thácnày hay phương pháp khai thác khác Bên cạnh đó nhất thiết phải đánh giá hàng loạtcác yếu tố khác nhau như công nghệ, kỹ thuật, khí hậu, địa hình, kinh tế xã hội…Tiếp đến cần xét ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp của mỗi nhóm yếu tố đến việc lựachọn phương pháp dầu trong khu vực mỏ cụ thể Nếu sau khi phân tích tổng hợp tất cảcác yếu tố và đưa ra một phương án khai thác cơ học duy nhất, thì không cần bàn thêm

về vấn đề lựa chọn phương pháp khả thi khác Trong trường hợp tồn tại một số phươngpháp khai thác cơ học mang tính khả thi cho một đối tượng khai thác thì cần phải xemxét các ưu nhược điểm của từng phương pháp và trên cơ sở đánh giá các chỉ tiêu kỹthuật công nghệ và kinh tế để xác định phạm vi áp dụng cho từng phương pháp cơ họcnhằm đem lại hiệu quả kinh tế nhất Một phương án khai thác tương thích với từng đốitượng cụ thể không những thoả mãn được các yêu cầu công nghệ mà còn phải làphương án với chi phí sản xuất thấp nhất, đem lại lợi nhuận cao nhất

Quá trình phân tích các ưu nhược điểm của từng phương pháp khai thác cơ học

để lựa chọn phương pháp khai thác cho thích hợp đang được áp dụng có hiệu quảtrên thế giới

1.2.1 Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift

Là phương pháp khai thác cơ học khi giếng dầu không thể tự phun theo lưulượng yêu cầu, dựa trên nguyên tắc bơm khí nén cao áp vào vùng không gian vànhxuyến (hay ngược lại) nhằm đưa khí áp đi vào ống khai thác quan van gaslift vớimục đích làm giảm cột chất lỏng trên van (tăng yếu tố khí) sao cho năng lượng vỉa

đủ thắng tổng hao năng lượng để đưa dòng sản phẩm lên bờ mặt Như vậy, nguyêntắc làm việc của gaslift tương tự như đối với giếng tự phun, nghĩa là cả hai hoạtđộng đều dựa vào khí nén Tuy nhiên, phương pháp khai thác băng gaslift hoạt độngđược nhờ vào khí nén từ trên mặt đất hay từ một vỉa khí cao áp khác

Trong khai thác dầu bằng gaslift, phụ thuộc vào chế độ nén khí cao áp vàogiếng mà chia ra làm hai chế độ: chế độ khai thác bằng gaslift liên tục và chế độkhai thác bằng gaslift không liên tục (gaslift định kỳ)

Ưu điểm:

- Phương pháp khai thác bằng gaslift là một giải pháp tốt để khai thác tầng sảnphẩm có chứa cát hay tạp chất, nhiệt độ vỉa cao, tỷ suất khí-dầu lớn, dầu chứaparafin

- Độ nghiêng và độ sâu của giếng hầu như không ảnh hưởng đến sản lượngkhai thác

- Bên cạnh đó có thể sử dụng kỹ thuật tời trong công tác sửa chữa các thiết bịlòng giếng Điều này tiết kiệm không những thời gian mà còn giảm thiểu chi phí sửachữa và hầu như không cần đến tháp khoan cho các hoạt động này Đặc biệt có thểtiến hành đồng bộ quá trình khảo sát nghiên cứu giếng, đo địa vật lý và làm sạchlắng đọng paraffin, chống ăn mòn bằng cách bơm các hoá phẩm tương ứng xuốngcùng với khí nén Ống chống khai thác hầu như không bị các thiết bị lòng giếngchiếm chỗ Sử dụng tua bin khí nhằm nén khí vào giếng là cấp nguồn năng lượng bổsung

- Khai thác dầu bằng phương pháp gaslift rất linh hoạt, không những giảiquyết được vấn đề gọi dòng sản phẩm sau khi khoan mà còn có thể đưa giếng vàohoạt động khi giếng ngừng chế độ tự phun mà không cần phải tiến hành sửa chữalớn Không cần nâng ống khai thác lên khi tiến hành khảo sát và xử lý giếng.

- Trong giếng khai thác bằng phương pháp gaslift, độ sâu đưa khí nén vào ốngkhai thác và thể tích khí nén có thể thay đổi sản lượng giếng lớn để đảm bảo khaithác liên tục, còn với giếng có sản lượng nhỏ có thể chuyển sang khai thác định kỳ

- Ít gây ô nhiễm môi trường

gom, xử lý, vận chuyển sản phẩm khai thác và chi phí vận hành, bảo dưỡng trạmkhí nén Đòi hỏi phải có đội ngũ công nhân vận hành, công nhân cơ khí lành nghề

và độ rủi ro trong khai thác gaslift cao Ngoài ra khai thác dầu bằng phương phápgaslift chỉ thực thi khi nguồn khí cung cấp đủ cho mỏ khai thác Nếu không đủ khíhay khi giá khí cao thì buộc phải chuyển đổi phương pháp khai thác cơ học khác.Trên thực tế việc lựa chọn một phương pháp khai thác dầu bằng phương pháp

cơ học còn phụ thuộc khá nhiều vào động thái quá trình ngậm nước của sản phẩmkhai thác Hiệu quả kinh tế khi khai thác dầu bằng phương pháp khai thác gaslift sẽgiảm theo chiều tăng của độ ngậm nước, nhưng đối với khai thác bằng máy bơm lytâm điện chìm thì hiện tượng sẽ xảy ra ngược lại Do vậy vấn đề khai thác sản phẩm

có độ ngậm nước cao (trên 90%) thì cần phải xem xét vấn đề kinh tế một cách cụthể

1.2.2 Khai thác dầu bằng máy bơm thủy lực

Khai thác dầu nhờ máy bơm piston thủy lực ngầm là phương pháp khai thác cơ

học khi giếng dầu không thể tự phun theo lưu lượng yêu cầu, bằng cách cung cấpnăng lượng bổ sung từ trên mặt đất xuống máy bơm piston ngầm nhờ dòng chấtlỏng công tác có áp suất cao Năng lượng này cung cấp cho piston của động cơ máybơm giếng sâu chuyển động tịnh tiến, chuyển động tịnh tiến được truyền sang chopiston của máy bơm (đối với máy bơm thủy lực ngầm), hay chuyển hóa năng lượng

từ dạng áp suất sang vận tốc và ngược lại (đối với máy bơm phun tia)

1.2.3 Khai thác dầu bằng máy bơm ngầm có cần truyền lực

Khai thác dầu bằng nhờ máy bơm ngầm có cần truyền lực là phương pháp khaithác cơ học khi giếng dầu không thể tụ phun theo lưu lượng yêu cầu, bằng cáchcung cấp năng lượng bổ sung từ trên bề mặt đất xuống máy bơm ngầm thông qua hệthống cần truyền lực

Nguyên lý hoạt động của tổ hợp máy bơm cần kéo được diễn ra theo chu kỳhai pha: pha đi lên va pha đi xuống

Trong pha đi lên, năng lượng truyền từ trên bề mặt thông qua hệ thống cầntruyền lực kéo piston đi lên, áp suất dưới piston giảm và lúc này do sự chênh lệch

áp suất làm chất lỏng khai thác từ ngoài sẽ chảy vào xilanh máy bơm qua van hút

mở Trong khi đó, van đẩy đóng lại do áp suất của cột chất lỏng nằm trên piston(chất lỏng trong cột OKT) cao hơn áp suất trong xilanh

Trong pha đi xuống, năng lượng lúc này là do trọng lực của toàn bộ hệ thốngcần truyền lực và chất lỏng chứa trong cột OKT, đẩy piston chuyển động đến điểmcuối của xilanh máy bơm Lúc này van hút đóng và van đẩy mở

Trong quá trìng hút đẩy liên tục như vậy, chất lỏng khai thác sẽ được nâng dầntheo cột OKT lên miệng giếng và được vận chuyển đến hệ thồng thu gom, xử lý sơbộ

1.2.4 Khai thác dầu bằng máy bơm ly tâm điện chìm

Khai thác dầu bằng máy bơm ly tâm điện chìm là phương pháp khai thác cơhọc khi giếng dầu không thể tự phun với lưu lượng theo yêu cầu, bằng cách cungcấp năng lượng bổ sung từ trên bề mặt xuống tổ hợp máy bơm ly tâm chìm nhờ hệthống cáp điện ba pha chạy doc theo thân cột OKT hay treo tự do Năng lựơng nàycung cấp cho động cơ điện của tổ hợp máy bơm ly tâm ngầm làm quay cánh củamáy bơm, nhờ đó mà xuất hiện lực ly tâm và tăng áp suất theo hướng từ miệng vàođến miệng ra của máy bơm, tạo điều kiện cho chất lỏng vỉa chảy vào máy bơmnhiều cấp để được nâng lên bề mặt, đến hệ thống thu gom và xử lý

Ưu điểm:

- Giải pháp sử dụng bơm ly tâm điện chìm trong quá trình khai thác là an toàn

và tiện cho điều kiện ngoài khơi

- Có thể khai thác dầu từ các giếng có độ nghiêng lớn hơn 80o và không giandành cho thiết bị lòng giếng cũng như các thành phần phụ khác ít hơn so với cácphương pháp khác, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với việc khai thác dầu ngoàikhơi

- Máy bơm ly tâm điện chìm mang lại hiệu quả cao khi khai thác tăng cườngsản phẩm với độ ngậm nước cao hơn 80% và cho phép đưa ngay giếng vào khaithác sau khi khoan xong

Nhược điểm:

- Ảnh hưởng của tạp chất lên hoạt động của máy bơm rất lớn Do việc kéo thảcác thiết bị lòng giếng để sửa chữa cần phải sử dụng tháp khoan để thực hiện nêndẫn đến giảm tốc độ khoan các giếng mới khoan trong điều kiện khai thác dầu ngoàikhơi, đặc biệt đối với các giếng trên các giàn vệ tinh (quá trình sửa giếng nhờ vàotàu khoan tự nâng và điều kiện thời tiết cho phép).

- Do giới hạn bởi đường kính ống chống khai thác (nhỏ hơn 168mm) nênkhông thể khai thác trên các giếng có sản lượng 700m3/ngđ

- Đối với các giếng có các yếu tố khí-dầu cao, hệ số sản phẩm thấp và nhiệt độvỉa lớn hơn 93oC sẽ ảnh hưởng đáng kể tới tuổi thọ của cáp điện và tăng đáng kể giáthành toàn bộ tổ hợp máy bơm Hiện nay có những loại cáp tải điện năng có thểchịu được nhiệt độ tới 117oC với tuổi thọ 5 năm tuy nhiên điều này vẫn còn là vấn

đề tranh cãi Ngoài ra khó tiến hành khảo sát nghiên cứu giếng, đo địa vật lý…cácvùng nằm dưới máy bơm và xử lý vỉa nhằm tăng cường sản lượng giếng

Tóm lại: Tuỳ thuộc vào điều kiện thực tế của mỏ kết hợp với tài liệu địa chất

kỹ thuật thu được từ mỏ căn cứ vào ưu nhược điểm của từng phương pháp mà chọnlựa sao cho phù hợp và đạt hiệu quả là tối ưu

1.3 Phân tích và lựa chọn phương pháp khai thác cơ học tại mỏ Bạch Hổ và

mỏ Rồng

Nguồn năng lượng cung cấp cho vỉa là có giới hạn và nó giảm dần theo thờigian khai thác Vì thế quá trình tự phun của giếng khai thác không thể duy trì đượcmãi Để đáp ưng yêu cầu đặt ra đối với ngành khai thác dầu khí thì việc phân tíchđánh giá, lựa chọn phương pháp khai thác cơ học sau giai đoạn tự phun rất quantrọng và cần thiết

Trong các thông số địa chất kỹ thuật có liên quan đến việc lựa chọn cácphương pháp khai thac cơ học, có hai yếu tố quan trọng cần được xem xét đó là yếu

tố vỉa và sản phẩm của giếng Nếu như áp suất đáy lớn hơn áp suất bão hòa khí thìmối quan hệ giữa áp suất và giá trị sản lượng có thể xem như mối quan hệ tuyếntính theo phương trình:

Q = k ΔPP

và kỹ thuật, địa chất, khí hậu và kinh tế.

Mỗi một nhóm các yếu tố trên đều có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình chọnlựa phương pháp nào cho thích hợp Để lựa chọn cho hợp lý người ta thường bắtđầu bằng việc phân tích các dữ liệu và tính chất mỏ, tính chất hoa lý của các phatrong mỏ Trên cơ sở đó sẽ sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật cũng như kinh tế choviệc lựa chọn

Chúng ta cùng tham khảo bảng trình bày kết quả thống kê khả năng áp dụngcác phương pháp khai thác cơ học khác nhau trong từng điệu kiện cụ thể đối với mỏBạch Hổ và mỏ Rồng

Bảng 1.1: Tổng kết khả năng và hiệu quả áp dụng các phương pháp khai thác dầu

khí bằng phương pháp cơ học tại mỏ dầu của liên doanh dầu khí Vietsovpetro

Điều kiện khai thác

Nguyên lý truyền động

khí Bơm ly

tâm

Bơm guồng xoắn

bìnhSản phẩm có độ ăn mòn

bình

Thay đổi sản phẩm linh

hoạt và chuyển sang

khai thác định kỳ

Giến khoan nghiêng và

ngang

Qua bảng tổng kết ta nhận thấy rằng với điều kiện thực tế khai thác của mỏBạch Hổ và mỏ Rồng thì việc áp dụng hai phương pháp khai thác bằng gaslift vàkhai thác bằng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm là cho hiệu quả tối ưu nhất Nhưng dogiới hạn của đề tài ta sẽ tìm hiểu về việc sử dụng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm trongkhai thác dầu khí tại liên doanh dầu khí Vietsovpetro.

có độ ngậm nước sản phẩm khá lớn (từ 70% trở lên) Mặc dù yếu tố khí tự nhiênảnh hưởng rất lớn tới quá trình làm việc của tổ hợp bơm ly tâm điện chìm như vấn

đề khí tự do Hiện nay có một số giải pháp kỹ thuật cho phép giảm thiểu ảnh hưởngcủa khí tự do bằng cách lắp đặt thêm thiết bị tách khí ly tâm Ngoài ra do chi phíban đầu thấp và yêu cầu khai thác kỹ thuật, bão dưỡng không phức tạp nên việc ứngdụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm như một giải pháp cơ học linh động đápứng kịp thời yêu cầu sản xuất

Bảng 2.1: Các thông số kinh tế khi sử dụng phương pháp khai thác dầu bằng máy

bơm ly tâm điện chìm tại mỏ Bạch Hổ

1 Tổng lượng dầu khai thác bằng máy bơm, ngàn tấn 125,11

6 Lợi nhuận của XNLD Vietsovpetro, ngàn USD 2551,0

2.1.1 Yêu cầu chung đối với tổ hợp bơm ly tâm điên chìm

Do bơm làm việc trong điều kiện phức tạp: chiều sâu đặt bơm lớn, dẫn đếnnhiệt độ và áp suất cao nên khi đưa bơm vào hoạt động để đảm bảo tính năng củabơm cũng như hiệu quả trong quá trình khai thác thì bơm phải đáp ứng được cácyêu cầu sau:

- Hình dạng kết cấu của bơm phải phù hợp với kích thước của giếngkhoan, đường kính của bơm phải nhỏ hơn đường kính của ống chốngkhai thác theo một giới hạn cho phép Điều này đảm bảo việc kéo thảthuận lợi khi có sự cố xảy ra

- Bơm làm việc ở độ sâu lớn nên phải tạo được cột áp cao để đưa chấtlỏng lên miệng và tới thiết bị thu gom va xử lý trên mặt

- Ở điều kiện nhiệt độ cao (khoảng 100oC dến 150oC) và luôn trực tiếptiếp xúc với chất lỏng vỉa đòi hỏi vật liệu chế tạo và các thiết bị làmkín phải đảm bảo các tính năng hoạt động liên tục của bơm

- Nguồn năng lượng cung cấp cho động cơ hoạt động là dòng điện bapha với điện áp sử dụng thường lớn hơn 1000V nên cáp điện phải đạtcác yêu cầu sau: độ dẫn điện cao, khả năng cách điện với môi trườngchung quanh tốt, chịu được va đập trong quá trình kéo thả

- Bơm phải đáp ứng được chế độ làm việc lâu dài và liên tục mặc dùtrong điều kiện phức tạp

2.2.2 Các lọai bơm ly tâm điện chìm đang được sử dụng tại liên doanh dầu khí Vietsovpetro

Hiện nay, tại liên doanh mà chủ yếu thuộc mỏ khu vực phía Nam tổ hợp bơm

ly tâm điện chìm dùng trong công tác khai thác dầu khí chủ yếu là do những nhàcung cấp đến từ Nga và Mỹ

2.2.2.1 Máy bơm do Nga sản xuất

Đối với thiết bị của Nga được sản suất theo tiêu chuẩn GOST 6134 – 71 Tùythuộc và kích thước của các thiết bị trong tổ hợp (động cơ, bơm,…) mà người tachia thiết bị bơm ly tâm điện chìm do Nga sản xuất ra ba nhóm chính: 5, 5A, 6

- Nhóm 5: Thường được sử dụng khai thác các giếng có đường kính ốngkhai thác không nhỏ hơn 21,7 mm

- Nhóm 5A: Thường được sử dụng khai thác các giếng có đường kính ốngkhai thác không nhỏ hơn 130 mm

- Nhóm 6: Thường được sử dụng khai thác các giếng có đường kính ốngkhai thác không nhỏ hơn 148 mm

- Lưu lượng bơm do Nga chế tạo cũng như phụ thuộc vào kích cỡ trongcủa ống khai thác;

- Đối với những giếng có đường kính trong của ống khai thác: 122 ÷ 124mm

Cột áp của bơm nằm trong dải: H = 150 ÷ 2800 m

Điện áp làm việc của bơm: U = 350 ÷ 2010 V

Tần số điện áp của bơm: f = 50 ÷ 60 Hz

Dải công suất của bơm: Nb= 14 ÷ 150 kW

*Một số loại bơm ly tâm điên chìm điển hình do Nga sản suất:

80,130,350: lưu lượng theo đơn vị (m3 / ngàyđêm);

1100,1200: cột áp tính theo đơn vị (m H2O)

2.2.2.2 Máy bơm do Mỹ sản suất

Đối với các thiết bị bơm ly tâm điện chìm do Mỹ sản xuất, hiện nay được dùngphổ biến là thiết bị của hãng: REDA, ESP, Centnilip

Riêng các loại của hang REDA có rất nhiều loại, mỗi loại đặc trưng một tínhnăng riêng Sau đây một số thiết bị do REDA sản xuất, được phân loại theo dãybơm:

A, AN, D, DN, G, GN, H, HN, J, JN, M,…

Trong đó;

A: kí hiệu đặc trưng cho seri 388;

D: kí hiệu đặc trưng cho seri 400;

G: kí hiệu đặc trưng cho seri 540;

H: kí hiệu đặc trưng cho seri 562;

J: kí hiệu đặc trưng cho seri 675;

M: kí hiệu đặc trưng cho seri 862;

N: kí hiệu đặc trưng cho seri 950, 1000

Kí hiệu N sau seri đặc trưng cho vật liệu chế tạo bơm (Ni – resist) Nếu không

có chữ N trong hàng số hiệu bơm tức là bơm được chế tạo bằng Ryton

Hiện nay được sử dụng phổ biến nhất là 3 dãy: A, DN, GN.

- A( 230 ÷ 1580 BPD ) – seri 338 – 3,38 inches (đường kính ngoàicủa bơm)

- DN( 280 ÷ 4000 BPD) – seri 400 – 4 inches

- GN( 160 ÷ 10000 BPD) – seri 540 – 5,13 inches

Chú ý: Số seri cho chúng ta biết đường kính ngoài của bơm Trong một số trường

hợp cũng có thể có ngọai lệ như: seri 540 nhưng đường kính ngoài lại là: 5,13inches Các con số trong ngoặc đơn biểu hiện lưu lượng của bơm theo BPD

Bảng 2.2: Giá trị nhiệt độ cực đại cho phép khi sử dụng máy bơm ly tâm điện

Bảng 2.3: Các loại bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí

338 loại vỏ máy bơm có kích thước tối thiểu là 4 ½ ”

Loại bơm

Đường kính trục trong

Công suất Trục Giới hạn

Khoảng dung lượng dòng chảy yêu cầu

50HZ

trong

Công suất Trục Giới hạn

Khoảng dung lượng dòng chảy yêu cầu

50Hz

trong

Công suất Trục Giới hạn

Khoảng dung lượng dòng chảy yêu cầu

50Hz

60Hz

7000-1900

1110-2.2 Các thiết bị chính trong tổ hợp bơm ly tâm điện chìm

Trong tổ hợp bơm ly tâm điện chìm thì thiết bị được chia làm 2 nhóm chính:

thiết bị bề mặt và thiệt bị lòng giếng

2.2.1 Thiết bị trên bề mặt

Thiết bị trên bề mặt chủ yếu bao gồm hệ thống máy biến thế, trạm điều khiển,

hộp nối ống chống nổ, thiết bị miệng giếng

2.2.1.1 Máy biến thế

Hệ thống máy biến thế nhằm biến đổi hiệu điện thế (tăng hiệu điện thế) từ điện

thế công nghiệp 380V đến giá trị thiết kế tương ứng với công suất tiêu thụ của máybơm Thường điện thế sử dụng của máy bơm đạt tới giá trị 4000v hay lớn hơn.Những loại biến thế này thường được làm lạnh bằng dầu

Các bộ phận chính của máy biến thế gồm:

+ Lõi cung cấp mạch từ trở thấp cho từ thông;

+ Cuộn sơ cấp nhận năng lượng từ nguồn cung cấp;

+ Cuộn thứ cấp nhận năng lượng từ cuộn sơ cấp do sự hỗ cảm

và chuyển tới tải;

+ Vỏ bao bọc bên ngoài

Máy biến thế sử dụng trong tổ hợp bơm ly tâm điện chìm là lọai có lõi Lõiđược làm bằng những lá thép Silicon mỏng cách điện ghép lại với nhau Trong máybiến thế lõi các cuộn dây bao quanh lõi sắt được phân lớp Toàn bộ lõi và các cuộndây đựơc đặt trong 1 thùng thép đổ đầy dầu khoáng vật đặc biệt có tác dụng cáchđiện và làm mát nên còn được gọi là ngâm dầu tự mát Sự đối lưu bên trong máybiến thế làm cho dầu tuần hoàn qua vỏ của máy giúp tản nhiệt Máy biến thế ít đòihỏi sự bảo dưỡng vì nó đơn giản và bền

Hình 2.4: Sơ đồ thiết bị miệng giếng khi khai thác bằng

bơm ly tâm điên chìm trên giàn MSP

2.2.1.2 Trạm điều khiển

Trạm điều khiển là công cụ điều khiển cơ bản của động cơ nó làm việc từ

600-4900V Trạm điều khiển có nhiều bộ phận phức tạp từ cầu dao đóng ngắt bằng tayđến các thiết bị quan sát, theo dõi, đo đếm các thông số cần thiết Trạm có nhiệmvụ:

- Theo dõi và kiểm tra việc cung cấp năng lượng cho động cơ tronglòng giếng

- Bảo vệ động cơ khi xảy ra quá tải, non tải, độ cách điện thấp dướimức cho phép

- Điều khiển chế độ làm việc của máy bơm, liên tục hay theo chu kỳphụ thuộc vào lưu lượng giếng

Thiết bị điều khiển hoạt động nhờ bộ cảm biến đặc biệt có khả năng đóng hayngắt cung cấp khi dòng điện vượt quá hay thấp hơn mức cho phép Trong trạm cómột thiết bị quan trọng là Ampe kế Ampe kế ghi lại trên biểu đồ cường độ dòng điệnvào động cơ nhằm theo dõi việc cung cấp điện cho động cơ Nhờ biểu đồ mà ta biếtthiết bị lòng giếng hoạt động tốt hay xấu

2.2.1.3 Hộp chống nổ

Hầu hết các giếng dầu tập trung 1 lượng khí lớn dễ cháy trong quá trình khaithác Khi điều này xảy ra khí vào trong cáp điện và di chuyển lên mặt đất Nếu khíđược di chuyển và được tích tụ lại trong bảng điều khiển nơi có các bộ phận tiếpxúc, các tình huống nguy hiểm sẽ tiềm ẩn và có thể xảy ra

Hộp nối điện thế cao với chức năng phòng chống cháy nổ cho tất cả các thiết

bị của tổ hợp bơm ly tâm điện chìm, để ngăn chặn tình trạng nguy hiểm này, vớichức năng cụ thể sau:

- Nối đầu cáp tải điện năng từ trạm điều khiển đến đầu ra của cápmiệng giếng;

- Thải khí đồng hành có thể ngưng đọng trong cáp điện năng (đi từđáy giếng lên) ra ngoài không khí, nhằm mục đích chống hiện tượngcháy nổ;

- Thử các thông số làm việc của các thiết bị lòng giếng.

2.2.1.4 Thiết bị miệng giếng

Có nhiệm vụ treo toàn bộ thiết bị bơm, bịt kín các khoảng không vành xuyếngiữa các cột ống chống, điều khiển dòng chất lỏng trên mặt đồng thời cho phép cáccáp điện xuyên qua mà vẫn đảm bảo độ kín, chịu áp cao không cho khí thoát rangoài, cho phép sử dụng các thiết bị khảo sát như đo áp suất trên đường ống xả, ởkhoảng không vành xuyến Ngoài ra còn có các van xả khí cho phép áp suất ởmiệng giếng có thể đạt khoảng 12,5MPa còn ở khoảng không vành xuyến có thể đạttới 40MPa

Hình 2.5: Đầu giếng khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm

2.2.2 Thiết bị lòng giếng

Thiết bị lòng giếng bao gồm hệ thống cáp tải điện năng, băng kẹp cáp, van

ngược, máy bơm chìm, thiết bị bảo vệ, thiết bị cảm ứng đo áp suất và nhiệt độ

2.2.2.1 Hệ thống cáp tải điện năng

- Hệ thống tải cáp điện năng đóng vai trò tải năng lượng điện ba pha từ bề mặt

đến động cơ điện chìm Các loại cáp tải điện cần phải thoả mãn một số yêu cầu kỹthuật chính như sau:

+ Có đường kính nhỏ, dẫn điện tốt, có lớp cách điện tốt để thích ứng với điềukiện áp suất, nhiệt độ cao, môi trường ăn mòn mạnh và lớp vỏ bọc bền vững nhằmchống ăn mòn cơ học Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trên, hầu hết các cáp điện dùngtrong khai thác dầu bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm (BLTĐC) đều có tốithiểu các lớp bọc chính như: lớp vỏ ngoài kim loại 4 không rỉ, lớp vỏ chất liệu dẻo

+ Lõi đồng bao gồm ba dây đồng được chế tạo theo các tiêu chuẩn kỹ thuậtcao để dẫn tải điện ba pha Thực tế, trong một số trường hợp có thể sử dụng các loạikim loại có độ dẫn điện cao thay cho lõi đồng (ví dụ lõi nhôm)

+ Trong khai thác dầu bằng tổ hợp BLTĐC, dựa trên hình dạng mặt cắt màcáp chia ra làm 2 loại: cáp tròn và cáp dẹt Nếu có đường kính lõi đồng thì cáp tròn

có khả năng cách điện và lớp cố định dày hơn nhiều so với cáp dẹt nên khả năng sửdụng kém linh hoạt hơn so với cáp dẹt, nhất là trong điều kiện giếng khoan thânnghiêng Nhưng để đáp ứng các yêu cầu về cách điện, lớp cách điện dùng cho cápdẹt đòi hỏi loại đặc biệt, giá thành khá đắt so với các cáp tròn, do đó việc sử dụng

cáp dẹt thay cho cáp tròn trong khai thác dầu bằng tổ hợp BLTĐC cần phải tínhtoán đến hiệu quả kinh tế trước khi thiết kế.

Ngoài ra khi cần thiết phải bơm các hoá phẩm vào giếng theo các yêu cầu kỹthuật và sản xuất, cáp điện được chọn chủng loại có kèm theo ống chuyên dụng đểbơm hoá chất

Bảng 2.6: Các loại cáp điện dùng trong tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm

Loại

cáp Mức đo Cỡ dây dẫn

Nhiệt độ hoạt động tối đa

Vật liệu cách nhiệt Vỏ bọc

Hình dạng dây dẫn

NitrileRubber

TrònDẹtEPN

P 4 KV 1, 2, 4, 6 130 deg.C270 deg.F EPDM RubberNitrile TrònDẹtEPEP 5 KV 1, 2, 4, 6 204 deg.C400 deg.F EPDM EPDM TrònDẹtEPO

Dẹt

Hình 2.7: Cáp điện trong lòng giếng

2.2.2.2 Băng kẹp cáp

Băng kẹp cáp được làm bằng vật liệu chống ăn mòn hoá học dùng để kẹp chặtcáp điện vào ống khai thác Chiều dài tiêu chuẩn của băng này thường là 0,54m.Khoảng cách giữa các băng kẹp trên thân cột ống khai thác trung bình là 5m giúpcho việc kéo thả hay sửa chữa được dễ dàng

2.2.2.3 Van ngược

Van ngược dùng để ngăn không cho chất lỏng chảy ngược xuống máy bơm khi

tổ hợp BLTĐC ngừng hoạt động Van ngược này thường được đặt trên tổ hợpBLTĐC khoảng 20-30m Nếu không có trang bị van ngược, hoặc van ngược bị rò rỉthì khi tổ hợp máy BLTĐC ngừng hoạt động, dòng chảy có thể tạo ra chuyển độngngược chiều của trục quay Chuyển động quay ngược chiều này có thể làm cho động

cơ điện, cáp điện cháy hay làm gãy trục quay Nếu vì một lý do kỹ thuật nào đó màkhông thể lắp đặt van ngược, thì cần phải có thiết bị trễ để động cơ chỉ có thể khởiđộng sau khi toàn bộ cột chất lỏng chảy ngược xuống hết (khi đã cân bằng áp suấttrong cột ống khai thác và khoảng không gian vành xuyến) Trong thực tế khai thácbằng tổ hợp máy BLTĐC khoảng thời gian trễ này thường không ít hơn 30 phút.Trong một số trường hợp có lắp van ngược trên tổ hợp BLTĐC để hạn chế dầutràn gây ô nhiễm môi trường Khi kéo cần ống khai thác chứa đầy chất lỏng lên,nhất thiết phải lắp đặt van thải ngay trên van ngược Nhờ có van thải này mà toàn

bộ cột chất lỏng chứa trong cột ống khai thác được thải ngược trước khi kéo cột ốngkhai thác và tổ hợp bơm lên bề mặt

Ngoài ra còn có van xả dùng để xả chất lỏng ra khỏi ống khai thác khi ta kéocột ống khai thác lên bề mặt

2.2.2.4 Máy bơm

Là loại máy bơm ly tâm nhiều cấp, số cấp bơm xác định theo công suất củađộng cơ điện và thiết kế ban đầu Bơm có hình dạng trục dài, đường kính nhỏ hơnđường kính trong của ống chống khai thác Bơm nhận truyền động từ động cơ ởdưới truyền lên trên làm quay trục máy bơm Vì đặt ở độ sâu lớn nên bơm làm việc

ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao

a) Cấu tạo

Bơm ly tâm có 2 phần chính: phần động và phần tĩnh Phần động (bánh côngtác, cánh bơm) gắn với trục bơm và quay cùng với trục bơm Phần tĩnh (buồng côngtác) gắn với vỏ bơm và không quay Một guồng động và một guồng tĩnh như vậygọi là một tầng cánh (tầng bơm) Trong khai thác dầu máy bơm chìm có số lượngtầng cánh khá nhiều và thường là 100-200 tầng bơm cho một đoạn

Vỏ của các tầng máy bơm được nối với nhau bằng mặt bích có đệm cao sulàm kín Mỗi đoạn tầng bơm bao gồm nhiều cánh làm việc và thiết bị định hướng.Cánh làm việc được gắn với trục bơm bằng then và có thể trượt dọc theo trục Khilàm việc bánh công tác tỳ vào vấu lồi của thiết bị dẫn hướng nằm ở phía dưới nó,nhờ vào cách bố trí này mà tải trọng dọc trục từ bánh công tác được truyền trực tiếplên thiết bị dẫn hướng và qua đó truyền lên máy bơm

Ở bánh công tác và thiết bị dẫn hướng có lắp vòng đệm, vòng này được lồngvấu của thiết bị dẫn hướng từ trên xuống Lực dọc trục phát sinh do áp suất chảy tácdụng lên đầu trên của trục và được truyền qua thân bơm qua ổ đỡ trung gian Ốnglót có tác dụng giữ cho trục chuyển động ổn định Các ống lót, vòng chặn được bôitrơn bằng dầu đặc Thiết bị dẫn hướng được gắn vào thân bơm bằng các êcu vàđược bố trí trên vỏ bơm Ở phần dưới và trên có lắp vòng đệm làm kín

b) Nguyên lý làm việc

Khi bơm làm việc chất lỏng sẽ được hút qua cửa tiếp nhận của máy bơm đếnphần khe hở giữa bánh công tác và được cuộn vào khoảng không của máy bơm.Bánh công tác chuyển động dọc theo trục bơm và đẩy chất lỏng bằng lực ly tâm vàvăng ra theo lối ra của bánh tĩnh Cánh bơm được thiết kế đẩy chất lỏng theo hướng

ly tâm và chuyển hướng dòng chảy theo hướng đi lên và chảy ngược vào hướng trụcmáy bơm để đi vào bánh công tác tiếp theo ở trên Cứ như vậy chất lỏng đi tiếp quacác tầng bơm cho đến khi ra khỏi cửa ra của máy bơm Lúc này dòng chất lỏng có

áp suất phụ thuộc vào số lượng tầng cánh của máy bơm Lưu lượng và cột áp củamáy bơm phụ thuộc vào kích thước và số tầng của bơm

c) Vật liệu chế tạo bơm

- Vỏ bơm: Được đúc dạng ống, làm bằng thép cacbon thấp để nó tương tự nhưvật liệu làm ống khai thác Nếu có sự không đồng bộ trong vật liệu làm vỏ và ốngkhai thác sẽ gây ra hiện tượng ăn mòn điện hoá Nếu trong giếng có độ ăn mòn caothì cần có một băng dây thép gắn ở đầu bơm (ăn mòn điện hoá) hay một lớp phủMonel chống ăn mòn.

- Trục bơm và đầu nối :

Làm bằng Monel có độ bền cơ học cao và chống ăn mòn Nếu cần tăng côngsuất của trục bơm có thể dùng trục làm bằng Inconel

- Tầng cánh:

Có hai loại làm vật liệu chính trong chế tạo tầng cánh:

+ Ni-Resist: Là hợp kim của Niken có khả năng chống mài mòn cao, chống rỉsắt, chịu nhiệt cao

+ Ryton: Là Polypenelne Sulfide có khả năng chịu nhiệt cao chống ăn mòn.Tuy nhiên không kinh tế bằng Resist

d) Đường đặc tính của bơm ly tâm điện chìm

Đường đặc tính làm việc của BLTĐC là đường biểu diễn mối quan hệ giữa lưulượng Q, cột áp H và công suất N khi vòng quay thay đổi

Đặc tính làm việc của máy bơm được phân loại theo lưu lượng, cột áp vàđường kính ngoài của bơm Trong thực tế, các loại BLTĐC sử dụng có đường kính

là 114 và 136mm tương ứng để khai thác giếng có đường kính cột ống chống khaithác là 146mm và 148mm

Hình 2.8: Đường cong đặc tính của bơm REDA

100 Stage D 950 – 50 Hz DN 1300 – 400 Series

Hình 2.9: Mặt cắt tầng 1 của máy bơm ly tâm điện chìm

2.2.2.5 Động cơ điện ngầm

Là thiết bị tạo ra hoạt động của bơm Đây động cơ loại Rotor cảm ứng lồngsóc, hai cực ba pha, làm việc với khoảng điện áp thay đổi lớn Do phải hoạt độngtrong điều kiện không gian chật hẹp, độ sâu lớn mà hình dạng của bơm là hình ống,

có thể làm việc ở tần số và điện áp khác nhau (để tạo được dòng sản phẩm tối ưu).Động cơ điện ngầm có đường kính ngoài là 103, 117, 130, 138mm Đường kính củađộng cơ bị giới hạn bởi đường kính của giếng do vậy để tăng cường công suất củađộng cơ ta tăng chiều dài của nó

Động cơ điện được sản xuất với nhiều loại khác nhau tuỳ theo điều kiện giếng

cụ thể mà ta chọn thích hợp

a) Nguyên lý hoạt động

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, sử dụng từ trường quay của Stator gây

ra do cuộn cảm ứng Các cuộn dây được chế tạo một hoặc hai lớp Các đầu dây nàyđược nối hình sao Từ trường của Stator tạo ra là từ trường quay và làm cho Rotorquay Từ trường do dòng điện 3 pha tạo ra có ưu điểm là rất lớn Khi dòng điện 3pha đi vào 3 cuộn dây đặt cách nhau 120o trên Stator tạo ra từ trường quay và làmquay Rotor

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ điện chìm

là kim loại nguyên khối Thép dát có chứa 3% đến 4% Silicon nhằm làm tăng từtính của thép Đồng dát được đặt ở vị trí ngang với ổ đỡ của Rotor.

Toàn bộ Stator có các khía rãnh (Stator của hãng REDA có 18 rãnh) mỗi rãnhđược cách điện bằng ống Teflon có khả năng cách điện cao Các khía có rãnh sẽđược cuốn dây đồng, mỗi dây sẽ được cách điện bằng một lớp Vavish cách điện.Dây đồng cuốn vào Stator cần phải được tính toán kích thước, phải đảm bảocho động cơ hoạt động đủ công suất Lực từ của Stator phụ thuộc vào cường độdòng điện qua cuộn dây mà điện áp và cường độ dòng điện lại phụ thuộc vào kíchthước dây cuốn Nếu dây cuốn nhỏ có nhiều vòng dây được quấn qua khía có rãnhthì sẽ làm tăng điện áp nhưng lại giảm cường độ dòng điện dẫn đến từ trường tạo rakhông đủ Còn nếu dây cuốn to thì cường độ dòng điện lớn nhưng nhiệt toả ra lớn

sẽ làm hỏng lớp cách điện sẽ cháy Stator

- Hệ thống cách điện

+ Cách điện trong lõi Stator:

Lõi Startor được cách điện bằng ống nhựa Teflon đặt trong các rãnh Stator,ống lót Teflon không chỉ bảo vệ cuộn dây trong quá trình quấn dây mà còn bảo vệcuộn dây trong suốt quá trình hoạt động do sự dịch chuyển của cuộn dây trong rãnh

do rung động dưới tác dụng của từ trường Trong các rãnh còn được đổ đầy Vecnivừa để tăng tính cách điện vừa giữ chặt cuộn dây trong rãnh nhằm hạn chế rungđộng và làm tăng khả năng tản nhiệt

+ Cách điện cho dây cuốn:

Dây cuốn của Stator được cách điện bởi hai lớp sơn cách điện, các lớp sơn nàybảo vệ và cách ly các dây cuốn với nhau trong rãnh Stator, tránh hiện tượng hư hangdây và ngắn mạch.

+ Cách điện bằng dầu trong động cơ:

Dầu trong động cơ ngoài chức năng bôi trơn ổ trục, làm mát động cơ nó cònđóng vai trò làm chất cách điện giữa dây dẫn, dây điện từ và vỏ

* Rotor

Rotor được lắp vào trục của động cơ, Rotor sẽ quay trong lòng Stator nhờ từtrường quay do Stator sinh ra Rotor cũng được chế tạo bằng thép dát và có khíarãnh (Rotor của hãng REDA có 16 rãnh) Các khía có rãnh này sẽ có một thanhđồng đặt vào bên trong Mỗi Rotor có hai đầu, mỗi đầu có một vòng đầu, tạo thànhhình lồng sóc

Rotor và trục động cơ gắn chặt với nhau Trục động cơ có con lăn chịu lực ởtrên để chịu trọng lượng của Rotor và trục động cơ Ổ đỡ của Rotor được gắn thẳnghàng với vùng đồng dát của Stator để khi thả động cơ vào giếng thì nhiệt độ củađộng cơ sẽ tăng lên làm cho đồng dát giãn nở đủ để ôm lấy vòng ngoài của ổ đỡkhông cho phép vòng ngoài quay chỉ cho vòng trong của ổ quay

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện chìm

+ Vấn đề giải nhiệt và bôi trơn của động cơ.

Không giống những động cơ thông thường, động cơ điện chìm phải được đổđầy lưu chất đặc biệt có tác dụng giải nhiệt và bôi trơn Lưu chất sẽ chiếm hết chỗtrống giữa Stator và Rotor và tất cả các khoảng không khác Cần đổ dầu vào động

cơ đúng quy cách nhằm tránh các bọt khí đọng lại trong động cơ Nhiệt của cácđộng cơ sinh ra sẽ được chất lưu truyền ra vỏ động cơ qua sự tuần hoàn của chấtlưu Vỏ động cơ được giải nhiệt bởi lưu chất trong giếng Dầu lưu chất có độ tinhchế cao, cần được lưu thông với vận tốc 1Feet/s nhờ một tuabin lắp ở đoạn dưới

2.2.2.6 Thiết bị bảo vệ

Thiết bị bảo vệ được lắp đặt giữa động cơ và thiết bị tiếp nhận chất lỏng(Pump Entake) với mục đích cơ bản là cách ly dầu trong động cơ với chất lỏngtrong giếng, cân bằng áp suất trong giếng và áp suất bên trong động cơ

Protector thực hiện 4 chức năng:

- Chứa ổ chặn để hấp thụ sự va đập của trục máy bơm và chịu toàn bộ lựcdọc trục do máy bơm tạo ra

- Làm mát động cơ điện bằng sự tuần hoàn chất bôi trơn và cách ly dầutrong động cơ điện với chất lỏng trong giếng

- Có tác dụng bù trừ khối lượng dầu trong động cơ điện do giãn nở nhiệtkhi động cơ hoạt động hay ngừng và bù áp

- Liên kết bơm và động cơ nhờ sự liên kết của trục và vỏ bao có lắp then

- Có hai loại Protector:

Thông thường lưu chất trong động cơ và Protector có tỷ trọng khoảng 0,87 nênloại Protector này chỉ hoạt động khi thả vào giếng có tỷ trọng chất lưu lớn hơn 0,87.Trước khi thả hệ thống bơm chìm xuống giếng cần đổ đầy lưu chất vào động cơ vàProtector (gọi là lưu chất 1) Protector này hoạt động như sau:

- Khi hệ thống bơm chìm vừa được thả vào giếng, nhiệt độ sẽ tăng “lưuchất 1” sẽ giãn nở, thể tích tăng lên Một lượng lớn “lưu chất 1” sẽ thoát khỏiProtector qua ống 1 vào giếng

- Khi động cơ ngừng hoạt động, nhiệt độ trong động cơ sẽ giảm xuống,

“lưu chất 1” sẽ co lại (giảm thể tích) Lúc này lưu chất trong giếng sẽ đi vàobuồng trên của Protector qua ống 1 và nằm dưới đáy của buồng (do tỷ trọnglớn hơn tỷ trọng của lưu chất 1) Nếu lưu lượng chất 1 giảm thể tích nhiều, lưuchất trong giếng sẽ tràn vào đầy buồng trên và sẽ đi xuống buồng dưới theoống 2 nằm ở đáy buồng dưới (lưu chất 1 nằm phía trên) “lưu chất 1” bị đẩy trởlại động cơ qua ống 3

- Khi động cơ hoạt động trở lại, nhiệt độ lại tăng lên, lưu chất 1 lại giãn

nở trở lại (tăng thể tích) Nó dâng lên theo ống 2,3 chiếm lại thể tích củabuồng trên và buồng dưới, đẩy chất lưu của giếng ra ngoài ống 1 đến khi đạtđược vị trí cân bằng

- Chu kỳ cứ thế diễn ra, việc lưu chất trong giếng ra vào Protector chophép cân bằng áp suất trong Protector và động cơ

+ Ưu điểm: hoạt động đơn giản ít hư hỏng

+ Nhược điểm: đạt hiệu quả kém với những giếng có độ nghiêng lớn(làm nghiêng mặt phân cách các chất lưu) Khi hoạt động có sự tiếp xúc giữa

“lưu chất 1” và “lưu chất giếng” tạo ra hỗn hợp lưu chất làm lưu chất 1 mấtthành phần ban đầu

b) Protector có túi

Loại Protector này được thiết kế có một túi cao su đặc biệt (không giãn nởnhiệt) co giãn được Trước khi thả hệ thống bơm chìm vào giếng cần đổ đầy lưuchất vào Protector (lưu chất 1) Protector hoạt động như sau:

- Khi hệ thống bơm chìm được thả xuống giếng, nhiệt độ sẽ tăng lênlưu chất 1 giãn nở (tăng thể tích) Lưu chất 1 sẽ di chuyển qua con lăn chịu lực

đi theo đường ống 2 đi lên và tạo áp lực lên túi đàn hồi Túi đàn hồi sẽ đẩy bớtlượng lưu chất 1 ra khỏi túi qua van một chiều theo ống 1 ra ngoài giếng

- Khi động cơ hoạt động lần đầu tiên, lượng “lưu chất 1” tiếp tục giãn nở

và được túi đàn hồi đẩy thoát ra ngoài tiếp tục theo van 1 chiều và ống 1

- Khi động cơ ngừng hoạt động, nhiệt độ động cơ giảm xuống bằngnhiệt độ giếng, lưu chất 1 sẽ co lại (giảm thể tích) Việc co lại này sẽ tạo ra ápsuất chân không làm cho túi đàn hồi bị co lại Túi đàn hồi co lại sẽ kéo theochất lỏng ở giếng vào trong Protector qua ống 1 Lưu chất trong giếng sẽ nằmngoài túi đàn hồi và tạo cân bằng áp suất cho túi và Protector

- Khi động cơ hoạt động trở lại, nhiệt độ tăng lên quá trình cứ tiếp diễn.Loại Protector này có thể có 1 hay 2 túi tuỳ theo yêu cầu thiết kế Với loại 2túi cho phép giãn nở cao

Ưu nhược điểm: cho phép sử dụng ở độ nghiêng bất kỳ, không cho lưu chất 1

tiếp xúc với lưu chất giếng tạo thành hỗn hợp, giữ nguyên tính chất cho lưu chất 1.Nhưng nó lại hoạt động phức tạp, dễ hư hỏng

c) Loại protector kép

Là loại Protector kết hợp các nguyên tắc trên với nhau trong cùng một bộProtector Loại này có chức năng bảo vệ tốt hơn, thường được kết hợp theo nguyêntắc sau:

- Phân dị/phân dị: dùng cho giếng không nhiều khí tự do, lưu chất giếngkhông tạo thành hỗn hợp với lưu chất Protector

- Phân dị/có túi: thường được dùng nhiều vì khá phù hợp với các giếng

- Có túi/phân dị: ít được sử dụng

- Có túi/có túi:dùng cho giếng có nhiều khí tự do, lưu chất giếng có thểkết hợp với lưu chất Protector