Характеристики гидропоршневых насосных агрегатов фирмы Kobe

Тип насоса	Наружный диаметр насоса, мм	Диаметр насоса, мм	Подача, м3/сут	Давление, МПа
А В д Е	59 для всех типов	36,5 44,5 44,5 44,5	111,8 172,7 172,7 381,5	30 30 45 26,5

В нашей стране также было освоено промышленное произ­водство установок гидропоршневых насосов типа УГН конст­рукции ОКБ БН. Оборудование этих установок предназначено для эксплуатации в условиях Западной Сибири и Крайнего Се­вера, в труднодоступных и малообжитых районах [3].

В комплект установок входят технологический блок подго­товки рабочей жидкости, блок управления; оборудование устья скважин; гидропоршневые насосные агрегаты; пакерные уст­ройства.

Оборудование установок рассчитано на эксплуатацию от 2 до 8 скважин при открытой системе циркуляции рабочей жидко­сти. В технологическом блоке проводится подготовка поступив­шей из скважины жидкости, в дальнейшем используемой в ка­честве рабочей для привода гидропоршневых насосов.

Продукция скважин поступает в гравитационный сепаратор вместимостью 16 м³, где водонефтяная эмульсия расслаивается на три фазы: газообразную, водосодержащую и нефть. Поступа­ющая из средней части сепаратора нефть обеспечивает привод погружных насосов. Газообразная и водосодержащая фракции, а также избыточная нефть поступают в сборный нефтепромыс­ловый коллектор. В сепараторе происходит и первичная (гру­бая) очистка рабочей жидкости от мехпримесей. Поступившая из сепаратора предварительно очищенная нефть попадает на прием центробежных подпорных насосов и далее на батарею гидроциклонов, где осуществляется вторичная (тонкая) очистка от мехпримесей. Часть жидкости, содержащая мехпримеси, сбра­сывается с гидроциклонов в сборный коллектор, другая посту­пает на прием силовых насосных агрегатов. В качестве насосных агрегатов в УГПН применяются трех- и пятиплунжерные агре­гаты марки PCR, давление нагнетания которых достигает 20 МПа, производительность соответственно 5,76 и 9,6 м³/ч. От силовых агрегатов жидкость направляется в распределительную гребен­ку. В линию между агрегатами и гребенкой встроен трубопровод от дозировочного насоса, обеспечивающего подачу различных ПАВ и деэмульгаторов в рабочую жидкость. Распределительная гребенка состоит из восьми (по числу эксплуатируемых сква­жин) регуляторов расхода и регулятора давления, через который избыточная жидкость сбрасывается с гребенки на вход в под­порные насосы. От каждого регулятора расхода на оборудование устья одной из скважин подается необходимое количество рабо­чей жидкости.

Все оборудование технологического блока размерами 3x12 м имеет взрывобезопасное исполнение. В блок-боксе управления размерами 3x6 м размещено комплектное устройство защиты и управления электрооборудования установки, системы контроля и пожаротушения.

Многоканальное оборудование устья скважины предназначе­но для подвески колонн НКТ, изменения направления движе­ния рабочей и добываемой жидкостей и приема гидропоршне­вого насоса. Оборудование оснащено центральной и магистраль­ными задвижками, четырехходовым трехпозиционным краном и лубрикатором (приемной камерой).

Пакерное устройство типа УП-Д-35 применяется для отделе­ния зоны всасывания от зоны нагнетания гидропоршневого на­сосного агрегата и охватывает диапазон внутренних диаметров обсадных колонн скважин 117,7...155,3 мм. Устройство, состоя­щее из пакера и разъединителя колонны, спускается в скважи­ну на заданную глубину на колонне НКТ. Посадка пакера осу­ществляется подачей жидкости под высоким давлением в НКТ, а отсоединение от колонны — подачей жидкости в затрубное пространство. После установки пакера спускается седло гидропоршневого агрегата, уплотняющееся своим хвостовиком в стволе пакера. Колонна НКТ, заканчивающаяся седлом, подвешивает­ся на устье скважины.

Насосный агрегат состоит из гидропоршневого насоса сбра­сываемого типа, седла и обратного клапана.

Гидропоршневой насос, является исполнительным механиз­мом, непосредственно осуществляющим откачку пластовой жид­кости из скважины. Это насос двустороннего действия, жестко связанный полым штоком с гидродвигателем двойного действия, выше которого находится распределительное золотниковое уст­ройство, предназначенное для изменения направления движе­ния рабочей жидкости в зависимости от положения поршневых групп. Команда на переключение золотникового устройства по­ступает от узла распределения, расположенного между поршне­вой группой насоса, оснащенной двумя узлами групповых ша­риковых клапанов, и гидродвигателем.

Седло агрегата предназначено для образования в паре с насо­сом герметично разделенных полостей различного давления, для чего насос оснащен резиновыми манжетами. С помощью седла, рабочая жидкость подводится к насосу и узлу распределения, отводится добытая пластовая жидкость. При работе насоса ша­рик обратного сбрасываемого клапана агрегата за счет избыточ­ного пластового давления, приподнимается и открывает свобод­ный доступ на прием насоса. При выпрессовке насоса из седла шарик клапана под действием силы тяжести и давления рабочей жидкости опускается в седло, исключая возможность Перетока жидкости из седла в зону всасывания насоса и обеспечивая вып-рессовку.

В 1988 — 1989 гг. освоено серийное производство установок гидропоршневых насосов УГН100-200-18, УГН25-150-25, УГН40-250-20 и УГН1СО-380-15.

Установки применяются для добычи нефти из 2—8 наклонно направленных скважин с содержанием в пластовой жидкости мех-примесей до 0,1 и сероводорода до 0,01 г/л, воды до 99 % и тем­пературой в зоне подвески гидропоршневого агрегата до 120 °С.

Основные параметры установок приведены в табл. 3.2.

Поскольку во всех установках используются гидропоршне­вые насосы условного габарита для НКТ диаметром 73 мм, сква-жинное оборудование для них универсально.

Таблица 3.2

Установка	Подача, м3/сут		Давление МПа	Подача насосов, м3/ч
	всей установки	одного погонного метра
УГН25-150-25	150	25	25	11,5
УГН40-250-20	250	40	20	19,2
УГН100-200-18	200	100	18	11,5
УГН160-380-15	380	160	15	19,2

Наземное оборудование также в значительной степени унифицировано и от­личается в наземной гидравлической станции только мощнос­тью силовых насосных агрегатов и комплектным устройством защиты и управления.

Базовым представителем ряда установок этого типа являет­ся УГНЮО-200-18, опытный образец которой прошел промыш­ленные испытания на Западно-Сургутском месторождении ПО Сургутнефтегаз. На промыслах ОАО «Сургутнефтегаз» накоп­лен значительный опыт эксплуатации нефтяных скважин УГПН как отечественного, так и иностранного производства. На За­падно-Сургутском месторождении проводится эксплуатация комплекса оборудования гидропоршневых насосов фирмы Kobe (США). В процессе эксплуатации подтвердилось предполо­жение о достаточно высокой работоспособности и надежнос­ти этого вида оборудования в условиях месторождений с боль­шим содержанием серы, смол и парафина в добываемой про­дукции.

Особый интерес представляют результаты работы гидропор­шневых насосов, обеспечивающих откачку высокообводненной нефти с мехпримесями.

Определены основные узлы и элементы насосов, изменение геометрии рабочих поверхностей которых приводит к сниже­нию работоспособности. Так, износ рабочих поверхностей зо­лотника приводит к выходу насоса из строя, а износ пары пор­шень — цилиндр — к снижению объемного КПД.

Ниже приведены величины износа (мм) подвижных пар тре­ния насоса, отработавшего в скв. № 612 (наработка на отказ — 366 сут, или 15x106 циклов).

По головке золотника:

верхней................................................0,043-0,068

средней................................................0,010-0,040

нижней...........................................................0,023

Золотник — управляющая втулка...............0,020

Верхний поршень — цилиндр...........0,043-0,072

Нижний поршень — цилиндр...........0,025-0,030

Следует отметить, что определяющей характеристикой дол­говечности работы насоса является число совершенных циклов двойных ходов подвижных элементов, а не суточная наработка, так как износ пар трения зависит от их пробега.

Аналогичные работы по определению интенсивности и сте­пени износа рабочих поверхностей основных деталей (золотник, цилиндр, поршень) были проведены и по отечественному насо­су 1ГН59-89-160-15 №3, спущенному в скв. 1118 на кусте 83 Западно-Сургутского месторождения в составе опытной уста­новки.

К рабочим поверхностям деталей предъявляются высокие тре­бования по твердости и износостойкости.

В ОКБ БН проводились стендовые испытания гидропоршне­вых насосов для определения влияния степени износа рабочих поверхностей основных деталей на работоспособность конструк­ции. Установлено, что она зависит как от величины зазоров под­вижных пар трения, так и от кинематической вязкости жидко­сти, применяемой в качестве рабочей в системе гидропривода. Так, при одних и тех же значениях суммарных зазоров потеря работоспособности при кинематической вязкости v = 5 мм²/с наступает гораздо ранее, чем при v = 10... 12 мм²/с. Большое значение имеют заложенные при- изготовлении зазоры, опреде­ляемые технологическими возможностями обрабатывающего обо­рудования и методами упрочнения поверхностей.

В процессе изготовления детали упрочняются, как правило, методом азотирования или нанесения слоя твердого хрома, благодаря чему поверхности имеют твердость HRA 80 и приобре­тают некоторую стойкость к коррозии [3].

Метод ионной азотации позволяет упрочнять поверхности при более низкой температуре, чем при обычной газовой азотации. При этом практически полностью исключается поводка даже тонкостенных цилиндрических деталей, в результате чего отпа­дает необходимость в последующей обработке.

Ответные азотированным детали желательно упрочнять ме­тодом хромирования. Рабочая пара «хром—азотация» хорошо противостоит износу при работе в жидкой среде, содержащей твердые абразивные частицы и обладающей слабо-выраженны­ми антифрикционными свойствами.

Совершенствование гидропоршневых насосов требует реали­зации технических решений, обеспечивающих повышение ра­ботоспособности и эффективности конструкции при использо­вании воды в качестве рабочей жидкости, применяемой при до­быче нефти с повышенным содержанием газа, коррозионно-активных веществ, механических примесей.