1458
.pdfс уплотнением устанавливается на опорном конусе 5, который укреплен на колонне НКТ 2 большого диаметра. Рабочая жидкость подводится к гидродвигателю по центральной колонне НКТ 1, а пластовая жидкость в смеси с рабочей отводится по концент ричному каналу, образованному колоннами НКТ 1 и 2.
Фиксированный ГПНА (рис. 3.6, б) с одной колонной НКТ. ГПНА опускается на колонне НКТ I и устанавливается ниж ней частью на пакере 6, расположенном в эксплуатационной
колонне 3.
Как и в предыдущей схеме, рабочая жидкость подводится по центральной НКТ 1, а поднимается по кольцевому каналу меж ду НКТ 1 и эксплуатационной колонной 3.
Свободный ГПНА с двумя параллельными колоннами НКТ (рис. 3.6, в). Агрегат Испускается в скважину по НКТ большого диаметра /, по которой к нему подводится рабочая жидкость и в нижней части которой установлены седло с замком и обратный клапан 10.
Параллельная колонна труб Услужит для подъема смеси пла стовой и рабочей жидкостей.
Свободный ГПНА с одной колонной НКТ (рис. 3.6, г). Агре гат И располагается в колонне НКТ 1, в нижней части 9 которой установлены седло с замком и обратный клапан 10. Хвостовик колонны фиксируется в отверстии пакера 7, установленного в эксплуатационной колонне 3. Потоки жидкостей аналогичны потокам схемы (рис. 3.6, б).
При подъеме свободного агрегата в схеме поток жидкости в канале, служащем для подъема пластовой жидкости, изменяет ся на противоположный, обратный клапан 10 закрывается, и агрегат перемещается в верхние насосы, мощность привода которых в большинстве случаев составляет от 14 до 300 кВт. Для подбора агрегата, соответствующего требуемому режиму эксплуатации скважины, выпускаются насосы многих типораз меров, причем каждый из них имеет наборы плунжеров с уплот нениями различных диаметров (от 30 до 95 мм), позволяющи ми 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 уменьше
ния числа оборотов вала насоса применяются понижающие ре дукторы.
Наибольшее число типоразмеров оборудования, в том числе более 70 типоразмеров гидропоршневых насосов, представляет фирма Kobe. В табл. 3.1 приведены характеристики некоторых гидропоршневых насосных агрегатов этой фирмы.
|
Характеристики гидропоршневых |
Таблица 3.1 |
|||
|
|
||||
|
насосных агрегатов фирмы Kobe |
|
|||
Тип |
Наружный |
Диаметр |
Подача, |
Давление, |
|
диаметр насоса, |
|||||
насоса |
насоса, |
м3/сут |
МПа |
||
мм |
|||||
|
мм |
|
|
||
|
|
|
|
||
А |
|
36,5 |
111,8 |
30 |
|
В |
59 |
44,5 |
172,7 |
30 |
|
Д |
для всех типов |
44,5 |
172,7 |
45 |
|
Е |
|
44,5 |
381,5 |
26,5 |
В нашей стране также было освоено промышленное произ водство установок гидропоршневых насосов типа УГН конст рукции ОКБ БН. Оборудование этих установок предназначено для эксплуатации в условиях Западной Сибири и Крайнего Се вера, в труднодоступных и малообжитых районах.
В комплект установок входят технологический блок подго товки рабочей жидкости, блок управления; оборудование устья скважин; гидропоршневые насосные агрегаты; пакерные уст ройства.
Оборудование установок рассчитано на эксплуатацию от 2 до 8 скважин при открытой системе циркуляции рабочей жидко сти. В технологическом блоке проводится подготовка поступив шей из скважины жидкости, в дальнейшем используемой в ка честве 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. Поступа ющая из средней части сепаратора нефть обеспечивает привод погружных насосов. Газообразная и водосодержашая фракции, а также избыточная нефть поступают в сборный нефтепромыс ловый коллектор. В сепараторе происходит и первичная (гру бая) 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, сбра сывается с гидроциклонов в сборный коллектор, другая посту пает на прием силовых насосных агрегатов. В качестве насосных агрегатов в УГПН применяются трех- и пятиплунжерные агре гаты марки PCR, давление нагнетания которых достигает 20 МПа, производительность соответственно 5,76 и 9,6 м3/ч. От силовых агрегатов жидкость направляется в распределительную гребен ку. 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 сква жин) регуляторов расхода и регулятора давления, через который избыточная жидкость сбрасывается с гребенки на вход в под порные насосы. От каждого регулятора расхода на оборудование устья одной из скважин подается необходимое количество рабо чей 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 предназначе но для подвески колонн НКТ, изменения направления движе ния рабочей и добываемой жидкостей и приема гидропоршне вого насоса. Оборудование оснащено центральной и магистраль ными задвижками, четырехходовым трехпозиционным краном и лубрикатором (приемной камерой).
Пакерное устройство типа УП-Д-35 применяется для отделе ния зоны всасывания от зоны нагнетания гидропоршневого на сосного агрегата и охватывает диапазон внутренних диаметров обсадных колонн скважин 117,7... 155,3 мм. Устройство, состоя щее из пакера и разъединителя колонны, спускается в скважи ну на заданную глубину на колонне НКТ. Посадка пакера осу ществляется подачей жидкости под высоким давлением в НКТ, а отсоединение от колонны — подачей жидкости в затрубное пространство. После установки пакера спускается седло гидро
поршневого агрегата, уплотняющееся своим хвостовиком в стволе пакера. Колонна НКТ, заканчивающаяся седлом, подвешивает ся на устье скважины.
Насосный агрегат состоит из гидропоршневого насоса сбра сываемого типа, седла и обратного клапана.
Гидропоршневой насос, является исполнительным механиз мом, непосредственно осуществляющим откачку пластовой жид кости из скважины. Это насос двустороннего действия, жестко связанный полым штоком с гидродвигателем двойного действия, выше которого находится распределительное золотниковое уст ройство, предназначенное для изменения направления движе ния рабочей жидкости в зависимости от положения поршневых групп. Команда на переключение золотникового устройства по ступает от узла распределения, расположенного между поршне вой группой насоса, оснащенной двумя узлами групповых ша риковых клапанов, и гидродвигателем.
Седло агрегата предназначено для образования в паре с насо сом герметично разделенных полостей различного давления, д гя чего насос оснащен резиновыми манжетами. С помощью седла, рабочая жидкость подводится к насосу и узлу распределения, отводится добытая пластовая жидкость. При работе насоса ша рик обратного сбрасываемого клапана агрегата за счет избыточ ного пластового давления, приподнимается и открывает свобод ный 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 УТН100-200-18, 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 мехпримесей до 0,1 и сероводорода до 0,01 г/л, воды до 99 % и тем пературой в зоне подвески гидропоршневого агрегата до 120 °С.
Основные параметры установок приведены в табл. 3.2. Поскольку во всех установках используются гидропоршне
вые насосы условного габарита для НКТ диаметром 73 мм, сква жинное оборудование для них универсально. Поверхностное обо-
Установка |
Подача, м3 /сут |
Давление |
Подача |
|
|
|
|
нагнетания, |
силовых |
|
всей |
одного |
МПа |
насосов, |
|
установки |
пог |
|
м3/ч |
|
|
ружного |
|
|
|
|
насоса |
|
|
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 |
рудование также в значительной степени унифицировано и от личается в наземной гидравлической станции только мощнос тью силовых насосных агрегатов и комплектным устройством защиты и управления.
Базовым представителем ряда установок этого типа являет ся УГН100-200-18, опытный образец которой прошел промыш ленные испытания на Западно-Сургутском месторождении ПО Сургутнефтегаз. На промыслах ОАО «Сургутнефтегаз» накоп лен значительный опыт эксплуатации нефтяных скважин УГПН как отечественного, так и иностранного производства. На За падно-Сургутском месторождении проводится эксплуатация комплекса оборудования гидропоршневых насосов фирмы Kobe (США). В процессе эксплуатации подтвердилось предполо жение о достаточно высокой работоспособности и надежнос ти этого вида оборудования в условиях месторождений с боль шим содержанием серы, смол и парафина в добываемой про дукции.
Особый интерес представляют результаты работы гидропор шневых насосов, обеспечивающих откачку высокообводненной нефти с мехпримесями.
Определены основные узлы и элементы насосов, изменение геометрии рабочих поверхностей которых приводит к сниже нию работоспособности. Так, износ рабочих поверхностей зо лотника приводит к выходу насоса из строя, а износ пары пор шень — цилиндр — к снижению объемного КПД.
Ниже приведены величины износа (мм) подвижных пар тре ния 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 дол говечности 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 сте пени износа рабочих поверхностей основных деталей (золотник, цилиндр, поршень) были проведены и по отечественному насо су 1ГН59-89-160-15 № 3, спущенному в скв. 1118 на кусте 83 Западно-Сургутского месторождения в составе опытной уста новки.
К рабочим поверхностям деталей предъявляются высокие тре бования по твердости и износостойкости.
ВОКБ БН проводились стендовые испытания гидропоршне вых насосов для определения влияния степени износа рабочих поверхностей основных деталей на работоспособность конструк ции. Установлено, что она зависит как от величины зазоров под вижных пар трения, так и от кинематической вязкости жидко сти, 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, опреде ляемые технологическими возможностями обрабатывающего обо рудования и методами упрочнения поверхностей.
Впроцессе изготовления детали упрочняются, как правило, методом азотирования или нанесения слоя твердого хрома, бла
годаря чему поверхности имеют твердость HRA 80 и приобре тают некоторую стойкость к коррозии [69].
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 отпа дает необходимость в последующей обработке.
Ответные азотированным детали желательно упрочнять ме тодом мерного хромирования. Рабочая пара «хром—азотация» хорошо противостоит износу при работе в жидкой среде, содер жащей твердые абразивные частицы и обладающей слабо-выра женными антифрикционными свойствами.
Совершенствование гидропоршневых насосов требует реали зации технических решений, обеспечивающих повышение ра ботоспособности и эффективности конструкции при использо вании воды в качестве рабочей жидкости, применяемой при до быче нефти с повышенным содержанием газа, коррозионно-ак тивных веществ, механических примесей.
3.1.3. Поверхностное оборудование гидропоршневых насосных установок
Наземные насосные агрегаты могут применяться как для привода одного ГПНА, так и для нескольких, располо женных в различных скважинах. Для распределения жидкости между ними используются распределительные гребенки со ста билизаторами расхода рабочей жидкости. Поверхностное обору дование гидропоршневых насосных установок различается:
—по типу принципиальной схемы циркуляции рабочей жид кости (открытая или закрытая);
—по числу ГПНА, обслуживаемых одной наземной установ кой (индивидуальные или групповые).
Рассмотрим основные особенности установок.
Тип принципиальной схемы циркуляции рабочей жидко сти предопределяет способ возврата рабочей жидкости на по верхность. В установках с закрытой схемой жидкость после совершения ею полезной работы из гидродвигателя по отдель
ному каналу поднимается на поверхность. Продукция пласта, выходящая из скважинного насоса, поднимается по своему отдельному каналу.
В установках с открытой схемой жидкость, выйдя из гидро двигателя, смешивается с жидкостью, выходящей из скважин ного насоса, и поднимается на поверхность по общему каналу.
Недостатком первой схемы является большая металлоем кость, 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 утечка ми из системы привода. Следует заметить, что производитель ность системы подготовки рабочей жидкости всей установки в значительной степени зависит от качества подготовки рабочей жидкости.
Установки с открытой схемой обладают меньшей металлоем костью, так как предполагают каналы только для двух потоков жидкости — сверху вниз — рабочей, а снизу вверх — смеси ра бочей и пластовой жидкости. Соответственно проще и оборудо вание устья. Недостатком этой системы является необходимость обработки большого количества рабочей жидкости, что требует применения сложных и высокопроизводительных систем для ее подготовки.
Принципиальные схемы установок обоих типов приведены на рис. 3.7. В каждой из них двигатель 1 приводит в действие силовой насос 2, который по колонне труб 3 подает рабочую жидкость к двигателю 4 гидропоршневого агрегата (ГПНА). Сква жинный насос 5 ГПНА, приводимый в действие двигателем 4 забирает пластовую жидкость из скважины и по колонне труб 6 направляет ее вверх. В установке с открытой схемой рабочая жидкость поднимается на поверхность по колонне труб б, а в уста новке с закрытой схемой — по отдельной колонне 7.
В установке с открытой схемой смесь пластовой и рабочей жидкости из колонны 6 направляется в устройство подготовки рабочей жидкости 8, из которого очищенная нефть по трубо проводу 9 поступает на прием силового насоса 2, а остальная часть потока вместе с отдельными примесями направляется в сборный промысловый коллектор.
Рис. 3.7. Принципиальные схемы обустройства поверхностного оборудования гидропоршневых насосных установок
(слева — открытая, справа — закрытая)
В установке с закрытой схемой рабочая жидкость возвраща ется в буферную емкость устройства подготовки 8, откуда трубо проводом 9 направляется на прием силового насоса 2. Пласто вая жидкость из колонны 7 отводится в сборный промысловый коллектор, а небольшая часть жидкости (1—2 %) по трубопрово ду 10 направляется в устройство подготовки 8 для компенсации потерь рабочей жидкости.
По принципу действия скважинного насоса ГПНА существу ющие конструкции можно разделить на группы с насосами оди нарного, двойного и дифференциального действия.
Блок подготовки рабочей жидкости имеет параметры, обус ловленные, прежде всего, типам гидравлической схемы установ ки: закрытой или открытой. В первом случае его производитель ность составляет 1—3 % от подачи силового насоса, во втором — до 50 %.
Как правило, в качестве рабочей жидкости используется сы рая нефть, после того как из нее удалены свободный и раство ренный газ, вода, абразив. Если подготовка рабочей жидкости в малых количествах при использовании закрытых схем не вызы вает трудностей, то очистка ее для установок с открытой схемой достаточно сложна.
Высокие требования к качеству рабочей жидкости предопре деляются, в конечном счете, долговечностью, которой должны обладать и силовой насос и ГПНА. Невыполнение этого требо