4.6.3. Гидроштанговые насосные установки

Гидроштанговые насосные установки также как и гидропоршневки установки относятся к разряду гидроприводных насосных ус-тановок, в которых передача энергии с устья скважины к скважин- ному насосу выполняется через столбы жидкости в трубах. Рабочий ход плунжерной группы выполняется под действием избыточного давления в гидроштанге, а возвратный ход - гидравлическим, механическим - грузовым, пневматическим и комбинированным способами. В отличие от гидропоршневых насосов в конструкциях этих насосов золотниковое распределительное устройство располагается в поверхностном силовом насосном блоке.

Сравнительные характеристики штанговой и гидроштанговой установки приведены в таблице.

Поверхностное оборудование УГШН включает в себя силовые насосы, золотники распределители, блоки разделителей жидкости и другое оборудование.

Схема установки разработанной в ГАНГ им. И.М. Губкина группой ученых и конструкторов под руководством Чичерова Л.Г. приведена на рисунке 4.139.

Схема установки (рис. 4.139) гидроштангового насоса состоит из блоков поверхностного и скважинного оборудования, соединенных линиями коммуникаций. В комплект скважинного оборудования входят два ряда насосно-компрессорных труб, расположенных концентрично.

Скважинный насосный агрегат состоит из двух обычных штанговых насосов разных диаметров, соединенных между собой. В нижней части цилиндра насоса 5 имеются окна для прохода жидкости. Плунжеры 4 и 6 насосов 2 и 5 жестко соединены полым штоком. Верхний насос 5 с плунжером 6 представляет собой двигатель¬ную часть гидроштангового насоса, а нижний насос 2 с плунжером 4, всасывающим 7 и нагнетательным 3 клапанами представляет со¬бой собственно насос для отбора нефти из скважины.

Устье скважины оборудуется специальной арматурой или стандартным устьевым сальником СУС-42 и соединяется линиями коммуникаций с блоком разделителей 10 и П жидких фаз и с клапаном- отсекателем 12.

В поверхностное оборудование входят два блока - силовой насосный и блок разделителей.

Силовой насосный блок состоит из насоса 16 с приводом, масляного бака 77, предохранительного клапана 18, регулятора потока 19, пневмокомпенсатора 75, электроуправляемого золотника- распределителя 14, реле давления.

Блок разделителей 10 и 11 состоит из двух шаровых сосудов, верхняя и нижняя полость каждого из них разделена нефтемаслостойкой эластичной резиновой диафрагмой. Диафрагма предотвращает проникновение жидкости из одной полости в другую. В верхней полости разделителя 77 находится откачиваемая нефть, а в раз-делителе 10 находится техническая вода. В нижних полостях обоих разделителей находится масло, как впрочем и во всем поверхност¬ном оборудовании, которое работает в масляной среде, поступаю¬щей из бака 77. Кроме этого, в этом блоке установлен насос 9 систе¬мы компенсации утечек (СКУ) с приводом и емкостью для воды. Насос СКУ предназначен для восполнения объема жидкости, которая в процессе работы протекает через неплотности в резьбовых соединениях насосно-компрессорных труб и в плунжерной группе скважинного агрегата.

Установка гидроштангового насоса работает следующим образом. Поверхностный силовой насос 16 отбирает масло из приемного бака и подает по нагнетательной линии к золотнику- распределителю.

В это время золотник находится в крайнем правом положении, т.е. поток масла проходит по диагональным каналам золотника. При этом масло поступает в нижнюю полость разделителя 10, давление передается через эластичную диафрагму на гидроштангу в колонне труб 7 и на подплунжерную часть плунжера 6. По достижении давления, необходимого для хода плунжерной группы вверх, начинается движение плунжерной группы и вытеснение нефти из цилиндров насоса в гидроштангу, затем через открытый клапан-отсекатель в промысловую систему сбора нефти. Клапан-отсекатель 12 гидроуправляемый, работает от действия давления масла в магистрали гидрокоммуникаций насосного блока и отзывается только при ходе плунжерной группы вверх.

При ходе плунжерной группы вверх некоторая, часть масла вытесняется из разделителя 77 через золотник в приемный масляный бак.

Кроме того, при ходе плунжерной группы вверх происходит всасывание или заполнение нефтью из скважины полости нижнего насосного цилиндра 2 через открытый всасывающий клапан 7.

По достижении плунжерной группой крайнего верхнего положения происходит торможение и остановка, при этом в поверхностной системе возрастает давление. На повышение давления реагирует предварительно настроенное реле давления 20, которое переключает золотник-распределитель в крайнее левое положение. Масло поступает по прямым каналам золотника в нижнюю полость разделителя 17, затем давление передается через диафрагму на гидроштангу труб 8. Клапан-отсекатель в это время закрыт. Плунжерная группа движется вниз, происходит переток нефти через открытый клапан из нижнего цилиндра в верхний. Из межплунжерной полости техническая вода вытесняется через окна в цилиндре по насосно- комцрессорным трубам на поверхность в разделитель 10. Масло из разделителя вытесняется через золотник в масляный бак. По достижении плунжерной группой крайнего нижнего положения происходит торможение, остановка, в гидросистеме возрастает давление, срабатывает реле давления 13 и переключает золотник в предыдущее положение.

Таким образом, весь процесс возвратно-поступательного движения плунжерной группы периодически повторяется.

Частота циклов движения плунжерной группы регулируется скоростью подачи масла с помощью регулятора потока 19. В гидросистеме имеется перепускной предохранительный клапан 18, защищающий установку от аварийных перегрузок. Кроме того, гидросистема оборудована пневмокомпенсатором 75, который предназначен для сглаживания гидравлических ударов в системе в момент переключения золотника-распределителя. Насос 9 системы компенсации утечек работает периодически по сигналу от специальных датчиков утечек или по сигналу от реле времени, в зависимости от расчетного значения объема утечек жидкости из гидроштанги 8 в колонне насосно-компрессорных труб.

Давление, необходимое для выполнения хода плунжерной группы вверх или вниз, предварительно определяется расчетным путем. При сочленении нескольких насосных цилиндров в секции можно достичь значительных длин хода плунжера.

Основное преимущество данной схемы заключается в том, что установка позволяет плавно изменять подачу скважинного насоса путем регулирования подачи рабочей жидкости регулятором потока. Кроме того, имеется возможность подачи в скважину химических реагентов для борьбы с отложениями солей и парафина. Изучение влияния фактора искривления ствола скважины на эффективность работы системы показало, что преобладающим фактором в этом случае становится увеличение времени обратного хода. Этот фактор может быть преодолен путем увеличения массы движущейся части скважинного агрегата. Расчеты показывают, что предельный угол наклона скважины на глубине установки насоса может достигать 45°, а кривизна ствола скважины выше места установки скважинно¬го агрегата не имеет существенного влияния на эффективность ра¬боты всей установки в целом.

Поверхностное силовое насосное оборудование расположено в блок-боксе, имеет небольшие размеры и массу, не требует сооружения специального фундамента, что дает возможность достигать высокой транспортабельности и удобства монтажа оборудования.

Технические характеристики установки УГШН-5-15-1000

Диаметры колонн труб, мм:

эксплуатационной 146-126

внешней 89-76

внутренней 42-35

Глубина спуска насоса, м 1100

Тип насоса:

скважинного НСВ2

поверхностного TQ-100

Кривизна ствола скважины до 10°

Необходимое давление силового насоса для хода, МПа

вверх 3,2-4,8

вниз 1,8-2,5

1-3,5 3700 4+15

3,5x2x2 2000

Частота ходов, мин

Длина хода плунжерной группы, мм Подача скважинного насоса, м/сут .. Габариты поверхностного блока, м. Масса, кг