Установки гидропоршневых насосов для добычи нефти угн реферат

Обновлено: 02.07.2024

нефть, газ, добыча нефти, бурение, переработка нефти

4.6. Установки гидропоршневых насосов для добычи нефти (УГН)

Современные УГН позволяют эксплуатировать скважины с высотой подъема до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м 3 /сут. при высоком содержании в скважинной продукции воды.

Установки гидропоршневых насосов — блочные автоматизированные, предназначены для добычи нефти из двух — восьми глубоких кустовых наклонно направленных скважин в заболоченных и труднодоступных районах Западной Сибири и других районах. Откачиваемая жидкость кинематической вязкостью не более 15×10 -6 м2/с (15×10 -2 Ст) с содержанием механических примесей не более 0,1 г/л, сероводорода не более 0,01 г/л и попутной воды не более 99%. Наличие свободного газа на приеме гидропоршневого насосного агрегата не допускается. Температура откачиваемой жидкости в месте подвески агрегата не выше 120 о С.

Установки выпускаются для скважин с условным диаметром обсадных колонн 140, 146 и 168 мм.

Климатическое исполнение — У и ХЛ, категория размещения наземного оборудования — 1, погружного — 5 (ГОСТ 15150-69).

Гидропоршневая насосная установка (рис. 35) состоит из поршневого гидравлического двигателя и насоса 13, устанавливаемого в нижней части труб 10, силового насоса 4, расположенного на поверхности, емкости 2 для отстоя жидкости и сепаратора 6 для её очистки. Насос 13, сбрасываемый в трубы 10, садится в седло 14, где уплотняется в посадочном конусе 15 под воздействием струй рабочей жидкости, нагнетаемой в скважину по центральному ряду труб 10. Золотниковое устройство направляет жидкость в пространство над или под поршнем двигателя, и поэтому он совершает вертикальные возвратно-поступательные движения.

Нефть из скважин всасывается через обратный клапан 16, направляется в кольцевое пространство между внутренним 10 и наружным 11 рядами труб. В это же пространство из двигателя поступает отработанная жидкость (нефть), т.е. по кольцевому пространству на поверхность поднимается одновременно добываемая рабочая жидкость.

Рис. 35. Схема компоновки оборудования гидропоршневой насосной установки:

а – подъем насоса; б – работа насоса; 1 – трубопровод; 2 – емкость для рабочей жидкости; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – силовой насос; 5 – манометр; 6 – сепаратор; 7 – выкидная линия; 8 – напорный трубоопровод; 9 – оборудование устья скважины; 10 – 63 мм трубы; 11 – 102 мм трубы; 12 – обсадная колонна; 13 – гидропоршневой насос (сбрасываемый); 14 – седло гидропоршневого насоса; 15 – конус посадочный; 16 – обратный клапан; I — рабочая жидкость; II — добываемая жидкость; III — смесь отработанной и добытой жидкости

При необходимости подъема насоса изменяется направление нагнетания рабочей жидкости — её подают в кольцевое пространство. Различают гидропоршневые насосы одинарного и двойного действия, с раздельным и совместным движением добываемой жидкости с рабочей и т.д.

В настоящее время выпускаются установки:

Обозначения: УГН — установка гидропоршневых насосов; цифры после УГН — подача одного гидропоршневого насосного агрегата (м 3 /сут.); цифры после первого тире — суммарная подача установки (м 3 /сут.); цифры после второго тире — давление нагнетания агрегата (МПа); в конце указывается ТУ. Пример: УГН 160‑380-15 ТУ 26-16-233-88. Суммарная мощность установок 185¸270 кВт; КПД 45¸47%; масса не более 50000 кг.

Конструктивно гидропоршневая насосная установка (ГПНУ) представляет собой: скважинный насос и гидродвигатель, объединенные в один агрегат – гидропоршневой погружной насосный агрегат (ГПНА), колонны насосно-компрессорных труб, блок подготовки рабочей жидкости и насосный блок.

Назначение этих элементов: насосный блок преобразует энергию приводного двигателя (электродвигатель или ДВС) в механическую энергию потока рабочей жидкости, гидропоршневой погружной насосный агрегат преобразует энергию рабочей жидкости в энергию откачиваемой пластовой жидкости, система колонн НКТ является каналами для рабочей и пластовой жидкостей, а блок подготовки рабочей жидкости служит для очистки пластовой жидкости от газа, песка и воды перед использованием ее в качестве рабочей в силовом насосе.

Гидропоршневые установки позволяют эксплуатировать скважины с динамическим уровнем до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м 3 /сут при высоком содержании в пластовой жидкости воды (до 98 %), песка (до 2 %) и агрессивных компонентов.

Установки гидропоршневых насосов – блочные автоматизированные, предназначены для добычи нефти из двух – восьми глубоких кустовых наклонно направленных скважин в заболоченных и труднодоступных районах Западной Сибири и других районах.

Установки выпускаются для скважин с условным диаметром обсадных колонн 140, 146 и 168 мм.

Климатическое исполнение – У и ХЛ, категория размещения наземного оборудования – 1, погружного – 5 (ГОСТ 15150-69).

Гидропоршневая насосная установка (рисунок 8.1) состоит из поршневого гидравлического двигателя и насоса 13, устанавливаемого в нижней части труб 10, силового насоса 4, расположенного на поверхности, емкости 2 для отстоя жидкости и сепаратора 6 для её очистки. Насос 13, сбрасываемый в трубы 10, садится в седло 14, где уплотняется в посадочном конусе 15 под воздействием струй рабочей жидкости, нагнетаемой в скважину по центральному ряду труб 10. Золотниковое устройство направляет жидкость в пространство над или под поршнем двигателя, и поэтому он совершает вертикальные возвратно-поступательные движения.

Рисунок 8.1 – Схема компоновки оборудования гидропоршневой насосной установки

а – подъем насоса; б – работа насоса; 1 – трубопровод; 2 – емкость для рабочей жидкости; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – силовой насос; 5 – манометр; 6 – сепаратор; 7 – выкидная линия; 8 – напорный трубопровод; 9 – оборудование устья скважины; 10 – 63 мм трубы; 11 – 102 мм трубы; 12 – обсадная колонна; 13 – гидропоршневой насос (сбрасываемый); 14 – седло гидропоршневого насоса; 15 – конус посадочный; 16 – обратный клапан; I — рабочая жидкость; II — добываемая жидкость; III — смесь отработанной и добытой жидкости.

При необходимости подъема насоса изменяют направление нагнетания рабочей жидкости — её подают в кольцевое пространство. Различают гидропоршневые насосы одинарного и двойного действия, с раздельным и совместным движением добываемой жидкости и рабочей и т.д.

В настоящее время выпускаются установки:

Обозначения: УГН – установка гидропоршневых насосов; цифры после УГН – подача одного гидропоршневого насосного агрегата (м 3 /сут.); цифры после первого тире – суммарная подача установки (м 3 /сут.); цифры после второго тире – давление нагнетания агрегата (МПа); в конце указывается ТУ.

Гидропоршневые насосные установки различаются:

по типу принципиальной схемы циркуляции рабочей жидкости (открытая или закрытая);

по принципу действия скважинного насоса (одинарного, двойного действия или дифференциальный);

по принципу работы гидродвигателя (дифференциального или двойного действия);

по способу спуска погружного агрегата (спускаемые на колонне НКТ – фиксированные или свободные – сбрасываемые в скважину);

по числу ГПНА, обслуживаемых одной наземной установкой (индивидуальные или групповые).

Тип принципиальной схемы циркуляции рабочей жидкости предопределяет способ возврата рабочей жидкости на поверхность. В установках с закрытой схемой жидкость после совершения ею полезной работы из гидродвигателя по отдельному каналу поднимается на поверхность. Продукция пласта, выходящая из скважинного насоса, поднимается по своему отдельному каналу.

В установках с открытой схемой жидкость, выйдя из гидродвигателя, смешивается с жидкостью, выходящей из скважинного насоса, и поднимается на поверхность по общему каналу.

Недостатком первой схемы является большая металлоемкость, поскольку от устья к погружному агрегату необходимо спустить три герметичных трубопровода: для подачи рабочей жидкости к агрегату, для ее отвода и для подъема пластовой жидкости. Достоинством этой схемы являются незначительные потери рабочей жидкости, определяемые только лишь утечками из системы привода. Следует заметить, что производительность системы подготовки рабочей жидкости всей установки в значительной степени зависит от качества подготовки рабочей жидкости.

Установки с открытой схемой обладают меньшей металлоемкостью, так как предполагают каналы только для двух потоков жидкости – сверху вниз – рабочей, а снизу вверх – смеси рабочей и пластовой жидкости. Соответственно проще и оборудование устья. Недостатком этой системы является необходимость обработки большого количества рабочей жидкости, что требует применения сложных и высокопроизводительных систем для ее подготовки.

В состав наземного оборудования установок входят силовой насос с приводом, оборудование устья скважины и блок очистки рабочей жидкости.

Наиболее ответственной частью наземного оборудования является силовой насосный агрегат, от его параметров в прямой зависимости находятся параметры ГПНА. Как правило, применяются трех- и пятиплунжерные горизонтальные или вертикальные насосы, мощность привода которых в большинстве случаев составляет от 14 до 300 кВт.

Для подбора агрегата, соответствующего требуемому режиму эксплуатации скважины, выпускаются насосы многих типоразмеров, причем каждый из них имеет наборы плунжеров с уплотнениями различных диаметров (от 30 до 95 мм), позволяющими ступенчато изменять подачу насосов (от 130 до 1700 л/мин) и обеспечивать максимальное давление до 35,0 МПа. Число ходов плунжеров составляет 300 – 450 в минуту. Для уменьшения числа оборотов вала насоса применяются понижающие редукторы.

Наземный насосный агрегат может применяться как для привода одного ГПНА, так и для нескольких, расположенных в различных скважинах. Для распределения жидкости между ними используются распределительные гребенки со стабилизаторами расхода рабочей жидкости.

Блок подготовки рабочей жидкости имеет параметры, обусловленные, прежде всего, типам гидравлической схемы установки: закрытой или открытой. В первом случае его производительность составляет 1 – 3% от подачи силового насоса, во втором – до 50 %.

Как правило, в качестве рабочей жидкости используется сырая нефть, после того как из нее удалены свободный и растворенный газ, вода, абразив. Если подготовка рабочей жидкости в малых количествах при использовании закрытых схем не вызывает трудностей, то очистка ее для установок с открытой схемой достаточно сложна.

Высокие требования к качеству рабочей жидкости предопределяются в конечном счете долговечностью, которой должны обладать и силовой насос и ГПНА. Невыполнение этого требования, например, в отношении содержания абразива будет приводить к интенсивному изнашиванию пар трения; плунжер – уплотнение в насосе, поршень –цилиндр, детали золотника и клапанов в ГПНА, увеличение содержания коррозиониоактивных компонентов – к коррозии внутренних полостей, в том числе и рабочих поверхностей, гидросистемы.

На энергетические показатели установок большое влияние оказывает вязкость нефти – превышение определенного ее значения приводит к резкому снижению к. п. д., что обусловливается повышением потерь давления на жидкостное трение.

В настоящее время в установках ГПНА для добычи высоковязких нефтей в качестве рабочей жидкости используется вода со специальной присадкой, обеспечивающей хорошие смазывающие свойства и являющейся ингибитором коррозии. Применение ее приводит кувеличению к. п. д., но одновременно повышает требования к герметичности резьбовых соединений колонн насосно-компрессорных труб.

Институт __Физики высоких технологий_______________________________________
Направление подготовки (специальность) Машины оборудование нефтяных и газовых промысловКафедра Теоретической и прикладной механики________________________________

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту/работе

по дисциплине Расчет и конструирование машин и оборудования______________
нефтяных и газовых промыслов___________________________________
(Название дисциплины)

на тему Гидропоршневая насосная установкаВыполнил студент гр.______ ____________
(Номер группы) (Подпись) (Ф.И.О.)

Дата сдачи пояснительной записки преподавателю _____ _____________ 20__г.
_____ __
(Ученая степень, ученое звание, должность) (Ф.И.О.)

_____________________ ________________________________
(Оценка руководителя) (Подпись)

_____ _____________ 20__г.
(Дата проверки)Курсовой проект/работу студент _______________________________выполнил и защитил
(Ф.И.О.)
с оценкой ______________.

Члены комиссии: ________________________
________________________
________________________

_____ _____________ 20__г.
(дата защиты )

Томск 2013г.
Содержание
1. Введение…………………………………………………………….3
2. Схема и конструкция установки скважинных агрегатов, особенностиработы……………………………………………………………….4
3. Область применения………………………………………………..5
4. Принципиальная схема…………………………………………..…7
5. Поверхностное оборудование: состав, схема, основные узлы.…..9
6. Требования к рабочим жидкостям…………………………….…..10
7. Патенты……………………………………………………………. 11
8. Список литературы…………………………………………………19

Фонтанный и газлифтный способы добычи нефти эффективны придостаточной пластовой энергии и значительном газовом факторе. По мере разработки месторождения пластовая энергия истощается, увеличивается обводненность продукции, уменьшается относительное содержание газа в отбираемой смеси. Уровень отбираемой жидкости в скважине снижается. Фонтанный способ добычи нефти становится невозможным, а компрессорный – неэффективным, и тогда они сменяются насосным способомдобычи нефти.

Для добычи нефти используются штанговые и бесштанговые насосы. Штанговые насосы имеют наземный (поверхностный) привод, скважинный насос и длинную связь между ними, которая представляет собой колонну, составленную из металлических штанг.

Бесштанговые насосы имеют скважинный насос и скважинный привод насоса, непосредственно соединенные между собой. Энергия к приводу насосаподводится по кабелю (при электроприводе) или по трубопроводу (при гидро- или пневмоприводе). Благодаря отсутствию длинной механической связи между приводом и насосом бесштанговые насосы имеют большую мощность, чем штанговые. Это дает возможность поддерживать большие отборы жидкости некоторыми видами бесштанговых насосов. К таким, прежде всего, относятся погружные центробежные насосы с электроприводом.Характерным признаком погружных насосов является то, что и сам насос, и его двигатель находятся в скважине под уровнем жидкости.

Схема и конструкция установки скважинных агрегатов, особенности работы.
Одним из путей решения проблемы эксплуатации глубоких, искривленных скважин является использование скважинных насосов (объемного или динамического действия), приводимых в работу потоком жидкости, нагнетаемойнасосной станцией. То есть, мы используем поток жидкости для привода насоса, расположенного в скважине.

В качестве внутрискважинного насосного блока (гидродвигатель-скважинный насос) можно использовать:

- поршневой гидродвигатель – поршневой насос. Если направление потока жидкости от силового насоса в течение каждого цикла не изменяется, то такие установки.

Гидропоршневые насосы (ГПН) состоят из двух основных частей: гидравлического поршневого двигателя объемного типа D (рис. 27) и соединенного с двигателем общим штоком поршневого насоса двухстороннего действия Н. Важным элементом ГПН, управляющим его работой, является золотниковое устройство 3. По принципу действия оно аналогично действию четырехходового крана. Внутренняя часть золотника с каналами может поворачиваться на 90° и занимать два положения (рис. 27, сплошные и пунктирные линии). Такие переключения (повороты) осуществляются автоматически от штока двигателя.

Рабочая жидкость нагнетается с поверхности силовым насосом по трубопроводу 1 (НКТ) и при положении золотника, показанном на рисунке, попадает в верхнюю полость цилиндра двигателя D. Одновременно нижняя полость цилиндра двигателя D с помощью золотника сообщается с выкидной линией 2 (кольцевое пространство).

Под действием давления рабочей жидкости поршень 3 двигателя совершает ход вниз. Жидкость из-под поршня выходит через золотник в выкидной трубопровод 2 (кольцевое пространство). В конце хода вниз четырехходовой кран (золотник) автоматически поворачивается на 90°, а его каналы занимают положение, показанное на рис. 27 пунктиром. Рабочая жидкость из трубопровода 1 (НКТ) благодаря новому положению золотника получает доступ в нижнюю полость цилиндра двигателя D, а отработанная жидкость из верхней полости цилиндра попадает в выкидную линию 2. Под действием давления рабочей жидкости, поступающей в нижнюю полость, поршень 3 совершает ход вверх. В конце хода вверх золотник, связанный со штоком двигателя, снова поворачивается на 90° в обратную сторону, а его каналы снова занимают первоначальное положение. Это обеспечивает поступление рабочей жидкости в верхнюю полость двигателя и ход вниз. Скорость перемещения поршня двигателя и число его ходов, очевидно, будет зависеть от скорости закачки рабочей жидкости. При малой скорости закачки число ходов поршня двигателя будет малым и наоборот. Однако число ходов не может увеличиваться беспредельно. Инерция поршневой группы агрегата, золотника и жидкости в каналах будет лимитировать число 1 ходов, которое обычно не превышает 100.

Рис. 27. Принципиальная схема гидропоршневого насоса двойного действия

с золотником, схематично показанного в виде двухходового крана

Жестко со штоком двигателя связан поршень (плунжер) 4 скважинного насоса Н, который также совершает возвратно-поступательное движение. Цилиндр насоса имеет с обеих сторон по одному нагнетательному 5 и всасывающему 6 клапану. При ходе поршня 4 вниз пластовая жидкость под действием давления на глубине погружения насоса будет поступать в верхнюю полость цилиндра насоса, проходя по обводному каналу 7 и через верхний всасывающий клапан 6. Пластовая жидкость из нижней полости цилиндра при ходе поршня 4 вниз будет вытесняться через нижний нагнетательный клапан 5 в выкидной трубопровод 2 (кольцевое пространство), смешиваясь там с отработанной рабочей жидкостью. При ходе поршня 4 вверх в полости под поршнем будет происходить всасывание пластовой жидкости через нижний всасывающий клапан 6, а в полости над поршнем нагнетание пластовой жидкости через верхний нагнетательный клапан 5 в выкидной трубопровод 2, т. е. в кольцевое пространство.

Существуют ГПН одинарного действия или так называемого дифференциального типа, в которых подача насосом пластовой жидкости происходит только при ходе вверх (рис. 28). Рабочая жидкость подается по каналу 6 в пространство под поршень двигателя и далее через специальный канал 7 в поршне, перекрываемый управляющим клапаном 5, попадает в полость над поршнем 4 (рис. 28, а).

Рис. 28. Принципиальная схема ГПН дифференциального типа

(одинарного действия): а - ход вниз, б - ход вверх

Поскольку верхняя площадь поршня 4 больше нижней на величину площади штока, то сила, действующая сверху, будет больше, чем снизу, поэтому поршень 4 двигателя переместится вниз. Вместе с ним получит перемещение вниз плунжер 1 в насосном цилиндре. Нагнетательный клапан 2 в плунжере откроется. При крайнем нижнем положении поршня двигателя управляющий клапан 5 перекроется, и канал 7 закроется (рис. 28,б).

Нагнетательным каналом для подачи рабочей жидкости к ГПН служит обычно колонна НКТ, на конце которых размещается агрегат ГПН. Каналом для возвращения на поверхность отработанной рабочей жидкости, а также для подачи на поверхность пластовой жидкости, откачиваемой насосом, служит кольцевое пространство между первым и вторым рядом НКТ. Таким образом, для обеспечения работы ГПН необходимо два канала, а следовательно, два ряда труб. Однако существуют схемы и с одним рядом труб. В этих схемах вторым каналом для возврата жидкостей на поверхность является кольцевое пространство между НКТ и обсадной колонной. При работе по такой схеме на глубине подвески насоса устанавливается пакер, герметизирующий кольцевое пространство, и весь пластовый газ вынужден проходить вместе с жидкостью через насос.

Применение различных сепарационных устройств в виде газовых якорей становится бесполезным. Это приводит к уменьшению коэффициента наполнения насоса.

Существуют трехканальные системы, при которых рабочая жидкость подается по внутреннему малому диаметру НКТ, а возвращается на поверхность по кольцевому промежутку между первым и вторым рядом НКТ без смешивания ее с пластовой жидкостью. Пластовая жидкость поступает на поверхность по третьему каналу, между вторым и третьим рядами НКТ. Как видно, при работе по такой схеме нужны три ряда НКТ. В крайнем случае третьим каналом для подачи пластовой жидкости на поверхность может служить кольцевое пространство между вторым - наружным рядом НКТ и обсадной колонной.

Трехканальная схема имеет преимущество перед двухканалъной, так как отпадает необходимость отделения рабочей жидкости от пластовой, ее подготовка и регенерация для повторного использования. При трехканальной схеме сепарационные устройства и подготовка рабочей жидкости на поверхности сильно упрощаются.

Большим недостатком трехканальных или, как их называют, закрытых систем является большая металлоемкость установки, а следовательно, высокая стоимость оборудования скважины.

Спуск и установка ГПН в скважине может осуществляться двумя путями: спуск и подвеска ГПН на НКТ и спуск ГПН и посадка его на рабочее место проталкиванием нагнетаемой жидкостью через НКТ (так называемые свободные ГПН).

На рис. 29, а и б показаны возможные схемы установки ГПН в скважине. На НКТ малого диаметра (второй ряд труб) 1 подвешивается ГПН 4, который нижней своей частью, имеющей уплотнительный элемент 7, садится в посадочный конус 5, привинченный к низу первого ряда НКТ 2 большего диаметра (рис. 29, а).

Рис. 29. Схема оборудования скважины гидропоршневым насосом:

а - при двухрядном подъемнике, б - при однорядном подъемнике

Сначала спускается НКТ большего диаметра (первый ряд труб), а затем на НКТ меньшего диаметра спускается ГПН. Рабочая жидкость нагнетается по НКТ малого диаметра. Отработанная жидкость вместе с пластовой поднимается по кольцевому пространству. На рис. 29, б показана однотрубная система. В скважину предварительно спускается и закрепляется на шлипсах пакер 6 с посадочным конусом для ГПН, для герметизации кольцевого пространства. После установки пакера НКТ извлекаются и на них спускается ГПН с посадкой на пакер. Рабочая жидкость нагнетается по НКТ. Отработанная и пластовая жидкости возвращаются по кольцевому пространству. Для ремонта ГПН при его спуске на НКТ необходимо извлекать всю колонну труб из скважины. Эти операции трудоемки и связаны с работой на скважине бригады подземного ремонта. В связи с этим были разработаны и в настоящее время наиболее распространены свободные ГПН (рис.14). На устье скважины устанавливается четырехходовой кран - переключатель высокого давления, позволяющий нагнетание жидкости в НКТ и выход жидкости из кольцевого пространства и нагнетание жидкости в кольцевое пространство и выход из НКТ.

На корпусе ГПН имеются уплотнительпые резиновые кольца и отверстия для перетоков жидкости, а в верхней части ГПН - эластичный резиновый поршень-манжет диаметром, равным внутреннему диаметру НКТ. Кроме того, имеется коническая ловительная головка. Давлением рабочей жидкости, нагнетаемой в НКТ, ГПН садится в стакан. Приемная часть ГПН внизу корпуса проходит через уплотнитель в стакан с

Рис. 30. Схема подъема из скважины свободного ГПН: а - подъем насоса, б - захват устьевым ловителем.

На поверхности у устья скважины устанавливается силовой насос, нагнетающий рабочую жидкость в НКТ для привода ГПН. Причем имеются индивидуальные системы, когда на каждой скважине установлен силовой насос и групповые, когда один, более мощный силовой насос предназначен для нескольких скважин, оборудованных ГПН. Обычно в качестве силовых используются трехплунжерные вертикальные и горизонтальные насосы высокого давления различной мощности с приводом от электродвигателя или газового двигателя внутреннего сгорания. Плунжерные насосы снабжаются гильзами и плунжерами разного диаметра. Это позволяет в достаточно широком диапазоне ступенчато регулировать подачу рабочей жидкости и ее давление в пределах установленной мощности.

К числу поверхностных сооружений относятся сепарационные устройства и установка по очистке от песка и воды рабочей жидкости, так как для работы такого сложного агрегата с обилием точно пригнанных поверхностей и узких каналов требуется очень чистая рабочая жидкость. Это сильно удорожает и осложняет технику и практику эксплуатации скважин с помощью ГПН.

Гидропоршневые насосы - сложные установки. Они требуют размещения на поверхности у скважины силовых насосов трансформатора, станций управления и защиты. Кроме того, сложны сепарационные и очистные сооружения для подготовки рабочей жидкости. Это является одной из причин, сдерживающих их широкое распространение. Однако с помощью ГПН легко осуществляется эксплуатация наклонных скважин, в которых работа штанговых насосов иногда оказывается совершенно невозможной. В настоящее время на отечественных промыслах эксплуатируется несколько установок ГПН в порядке накопления опыта работы с ними и выяснения возможности их эксплуатации на промыслах Сибири и Севера.

Наземное оборудование.

Для подбора агрегата, соответствующего требуемому режиму эксплуатации скважины, выпускаются насосы многих типоразмеров, причем каждый из них имеет наборы плунжеров с уплотнениями различных диаметров (от 30 до 95 мм), позволяющими ступенчато изменять подачу насосов (от 130 до 1700 л/мин) и обеспечивать максимальное давление до 35,0 МПа. Число ходов плунжеров, составляет 300—450 в минуту. Для уменьшения числа оборотов вала насоса применяются понижающие редукторы.

Блок подготовки рабочей жидкости имеет параметры, обусловленные, прежде всего, типам гидравлической схемы установки: закрытой или открытой. В первом случае его производительность составляет 1—3 % от подачи силового насоса, во втором — до 50 %.

Высокие требования к качеству рабочей жидкости предопределяются в конечном счете долговечностью, которой должны обладать и силовой насос и ГПНА. Невыполнение этого требования, например, в отношении содержания абразива будет приводить к интенсивному изнашиванию пар трения: плунжер - уплотнение в насосе, поршень—цилиндр, детали золотника и клапанов в ГПНА, увеличение содержания коррозионноактивных компонентов — к коррозии внутренних полостей, в том числе и рабочих поверхностей, гидросистемы.

Схема простейшей установки для подготовки рабочей жидкости включает трехфазный сепаратор, отделяющий свободный газ и воду от нефти, и буферную емкость для хранения и отстаивания нефти. Иногда в эту схему включается устройство для дотирования и подачи в рабочую жидкость химических реагентов, например, для внутрискважинного деэмульгирования пластовой жидкости.
СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ

Принцип действия

Струйные насосы относятся к динамическим насосам. Динамические насосы характеризуются тем, что рабочий орган разгоняет жидкость и передает кинетическую энегрию. Далее жидкость замедляется,а затем кинетическая энергия переходит в потенциальную. Струйные насосы из числа насосных аппаратов имеют наиболее широкую область применения и наибольшее разнообразие конструкций . Одним из них является водоструйный насос.Особенностью насоса этого вида является его устройство, которое не имеет ни одной движущейся детали,что значительно увличивает надежность его в работе по сравнению с обычными насосами. Работа струйного насоса основана на принципе передачи энергии от одной жидкости или газообразной среды(рабочей) к другой( подсасываемой) в процессе их смешения.

Рис. 31. Принципиальная схема струйного насоса
К приемному патрубку струйного насоса подводится поток жидкости под напором,который,заставляя вытекать жидкость через узкое отверстие сопла, преобразовывается в скоростную энергию. Вытекающая струя сначала направляется в конус,переходящий плавно в расширяющийся Диффузор, где кинетическая энергия потока за счет уменьшения скорости вновь преобразуется в напор,затем сместительную камеруи,наконец,в нагнетательный трубопровод. По всасывающему трубопроводу жидкость поднимается на высоту,равную перепаду напора.

Потери в струйных напорах ( в сопле, сместительной камере, горловине и трубном расширителе) составляют значительную часть общей энергии, вследствие чего величина КПД их невелика и находится в пределах 15-25% , а в отдельных случаях при больших подачах достигает 30% и несколько больше.

Достоинствами струйных насосов являются простота их конструкции и эксплуатации, а также возможность перемещать жидкости с содержанием в них механических примесей без засорения и износа дорогостоящих частей, применяемых в насосах других конструкций.

Разновидностью струйного насоса является эжектор,в котором в качестве рабочей среды используется пар. Так, на нефтеперерабатывающих заводах стрйные двухступенчатые паровые эжекторы применяются на многих вакуумных установках для отсасывания газов и создания вакуума к колоннах. Применением этого насоса как раз служит Агрегат насосный струйный АНС1-146 (AHCI-168) предназначен для добычи продукции из искривленных и вертикальных нефтяных скважин условным диаметром 146 и 168 мм. Конструкция насоса позволяет производить гидродинамические исследования скважины и менять быстроизнашивающиеся детали насоса (струйного аппарата) без подъема насосно-компрессорных труб (НКТ).

Насос состоит из:

- свободно сбрасываемого (вымываемого) струйного аппарата.

Принцип действия насоса основан на использовании гидравлической энергии жидкости, закачиваемой под высоким давлением по НКТ в скважинный струйный аппарат, который, подсасывая продукцию скважины, передает ей энергию, используемую для подъема продукции на поверхность и транспорта в систему нефтесбора. В качестве РЖ может быть использована вода или нефть под высоким давлением. Струйный насос приводится в действие от наземного источника гидравлической энергии.

Рис. 32. Схема погружного струйного насоса
Управление работой скважины, оборудованной струйным насосом , осуществляется с поверхности. В комплект поставки могут входить специальные инструменты и принадлежности, обеспечивающие монтаж и работу насоса в скважине:

- ловитель обратного клапана;

- пробка для опрессовки НКТ;

- пробка для опрессовки.

Одной из разновидностей насосных аппаратов явился водоструйный насос , который как лабораторный прибор был предложен английским учёным Д. Томпсоном в 1852 и служил для отсасывания воды и воздуха. Первый промышленный образец струйного аппарата применил инженер Нагель в 1866 (предположительно в Германии) для удаления воды из шахт. Позднее созданы различные струйные насосы в виде водо-водяных эжекторов, паро-водяных инжекторов и многие др.

Список литературы

Для герметизации устья нефтяных скважин, эксплуатируемых погружными центробежными, винтовыми и диафрагменными электронасосами, применяют устьевую арматуру типа АУЭ-65/50-14 или устьевое оборудование типа ОУЭ‑65/50‑14. Арматура типа АУЭ-65/ 50-14 состоит из корпуса, трубной подвески, отборника давления с пробоотборником, угловых вентилей, перепускного клапана и быстросборного соединения (рис. 10).

Рис. 10. Устьевая арматура типа АУЭ: 1 - перепускной клапан; 2 - манжета; 3 - уплотнение кабеля; 4 ‑ пробковый кран; 5 ‑ патрубок; 6 - зажимная гайка; 7 ‑ трубная подвеска; 8 - корпус; 9,12,13 - угловые вентили; 10 ‑ отборник проб, 11 - быстросъемное соединение

Установки гидропоршневых насосов - блочные автоматизированные, предназначены для добычи нефти из двух - восьми глубоких кустовых наклонно направленных скважин в заболоченных и труднодоступных районах Западной Сибири и других районах. Откачиваемая жидкость кинематической вязкостью не более 15×10 -6 м2/с (15×10 -2 Ст) с содержанием механических примесей не более 0,1 г/л, сероводорода не более 0,01 г/л и попутной воды не более 99%. Наличие свободного газа на приеме гидропоршневого насосного агрегата не допускается. Температура откачиваемой жидкости в месте подвески агрегата не выше 120 о С.

Установки выпускаются для скважин с условным диаметром обсадных колонн 140, 146 и 168 мм.

Климатическое исполнение - У и ХЛ, категория размещения наземного оборудования - 1, погружного - 5 (ГОСТ 15150-69).

Гидропоршневая насосная установка (рис. 11) состоит из поршневого гидравлического двигателя и насоса 13, устанавливаемого в нижней части труб 10, силового насоса 4, расположенного на поверхности, емкости 2 для отстоя жидкости и сепаратора 6 для её очистки. Насос 13, сбрасываемый в трубы 10, садится в седло 14, где уплотняется в посадочном конусе 15 под воздействием струй рабочей жидкости, нагнетаемой в скважину по центральному ряду труб 10. Золотниковое устройство направляет жидкость в пространство над или под поршнем двигателя, и поэтому он совершает вертикальные возвратно-поступательные движения.

При необходимости подъема насоса изменяется направление нагнетания рабочей жидкости - её подают в кольцевое пространство. Различают гидропоршневые насосы одинарного и двойного действия, с раздельным и совместным движением добываемой жидкости с рабочей и т.д.

Рис. 11. Схема компоновки оборудования гидропоршневой насосной установки:а – подъем насоса; б – работа насоса; 1 – трубопровод; 2 – емкость для рабочей жидкости; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – силовой насос; 5 – манометр; 6 – сепаратор; 7 – выкидная линия; 8 – напорный трубоопровод; 9 – оборудование устья скважины; 10 – 63 мм трубы; 11 – 102 мм трубы; 12 – обсадная колонна; 13 – гидропоршневой насос (сбрасываемый); 14 – седло гидропоршневого насоса; 15 – конус посадочный; 16 – обратный клапан; I - рабочая жидкость; II - добываемая жидкость; III - смесь отработанной и добытой жидкости

Струйно-насосная установка представляет собой насосную систему механизированной добычи нефти, состоящую из устьевого наземного и погружного оборудования. Наземное оборудование включает сепаратор, силовой насос, устьевую арматуру, КИП; погружное оборудование - струйный насос с посадочным узлом (рис. 12).

Струйные насосы отличаются отсутствием подвижных частей, компактностью, высокой прочностью, устойчивостью к коррозии и абразивному износу, дешевизной. КПД струйной установки приближается к КПД других гидравлических насосных систем. Рабочие характеристики струйного насоса близки к характеристикам электропогружного насоса.

Струйный насос (рис. 13) приводится в действие под влиянием напора рабочей жидкости (лучше нефти или воды), нагнетаемой в НКТ 1, соединенные с соплом 2. При прохождении узкого сечения сопла струя перед диффузором 4 приобретает большую скорость и поэтому в каналах 3 снижается давление. Эти каналы соединены через полость насоса 5 с подпакерным пространством 6 и пластом, откуда пластовая жидкость всасывается в насос и смешивается в камере смешения с рабочей. Смесь жидкостей далее движется по кольцевому пространству насоса и поднимается на поверхность по межтрубному пространству (насос спускают на двух концентрических рядах труб) под давлением нагнетаемой в НКТ рабочей жидкости. Насос может откачивать высоковязкие жидкости и эксплуатироваться в сложнейших условиях (высокие температуры пластовой жидкости, содержание значительного количества свободного газа и песка в продукции и т.д.).По данным НИПИ Гипроморнефтегаз срок службы струйного насоса в абразивной среде не менее 8 мес., теоретический отбор жидкости до 4000 м 3 /сут. максимальная глубина спуска - 5000 м, масса погружного насоса 10 кг.В 1971 г. Крецом В.Г. были обоснованы и предложены схемы струйных установок для целей испытания, освоения и эксплуатации нефтяных скважин (НИИ ВН при ТПУ). Тогда внедрены были струйные установки для откачки питьевой воды из скважин (разработанные под руководством В.С. Арбит и С.Я. Рябчикова).

Рис. 12. Струйно‑насосная установка:1 – струйный насос; 2 – ловитель; 3 – силовой насос; 4 ‑ сепаратор; 5 – продуктивный пласт

Рис. 13. Схема струйного насоса:1 - насосно-компрессорные трубы; 2 - сопло; 3 ‑ каналы; 4 ‑ диффузор; 5 - входная часть насоса; 6 ‑ подпакерное пространство

На рис. 14 показана схема винтового насоса "фирмы "Гриффин". На устье скважины находится двигатель (газовый, электрический, гидравлический), который через редуктор вращает штанговую колонну и ротор винтового насоса по часовой стрелке. Винтовые насосы перспективны для применения при работе на нефтяных месторождениях.

Рис. 14. Схема винтового насоса фирмы "Гриффин"

Системы газлифтной добычи зависят от источника рабочего агента:

а) используется отделенный от скважинной продукции газ (необходимы подготовка газа и его сжатие);

б) при наличии внешнего источника, таких как газовый пласт, газопровод, газоперерабатывающий завод следует использовать бескомпрессорную газлифтную систему (отличается простотой);

в) применение системы эрлифта с использованием воздуха в качестве рабочего агента.

Газлифтный способ добычи нефти, при котором жидкость поднимается из забоя за счет энергии газа, нагнетаемого с устья, позволяет эксплуатировать скважины, продукция которых содержит большое количество газа и песка, а также скважины с высокой обводненностью продукции, значительно искривленным стволом, низким динамическим уровнем и плохими коллекторскими свойствами пласта.

Читайте также: