книги из ГПНТБ / Мазепа Б.А. Опыт автоматизации добычи нефти

пеньки, заливаемой маслом. В нижнюю часть головки ввинчен штуцер 7 с приваренной стальной пружиной 8.

Конструкция сальника предусматривает очистку проволоки от слоя нефти, собственно герметизацию и смазку прово­ локи.

Работа сальника заключается в следующем.

При спуске скребковая проволока, предварительно смазанная

при прохождении через масленку, проходит манжеты и лабирин­ товые шайбы, а затем и пружину, которая, несколько сжимаясь под действием силы трения проволоки о пружину и резиновый пакет 9, увеличивает свой внутренний диаметр и свободно про­ пускает проволоку.

При подъеме скребковая проволока проходит через пружину,

которая, растягиваясь и плотно прилегая витками к проволоке,

счищает с нее основной слой нефти. Счищенная нефть стекает в штуцерные отверстия благодаря тому, что в верхней части лубрикатора накапливается газ, а полость пружины и резинового пакета окружает равное давление.

Для сальникового уплотнения, состоящего из лабиринтовых

колец и резиновых манжетов, используют типовые уплотнитель­ ные устройства, применяемые в машиностроении.

Так как в сальник заходит чистая проволока, можно допу­ стить частичную утечку газа, поскольку нефть не будет разбрыз­ гиваться. При этом обеспечивается эластичная работа сальника.

Регулировка его очень проста. Вращением гайки с накаткой добиваются свободного хода проволоки при минимальной утечке газа. В зависимости от величины буферного давления в головку вставляют различное количество манжетов и лабиринтовых колец, ориентировочно принимая, что одно кольцо и манжет удерживают давление 8 ат.

Как известно, качество резины во многом зависит от техно­ логии изготовления. Поэтому изготовляемые в промысловых условиях манжеты из нефтестойкой сырой резины иногда ока­ зываются некачественными и с течением времени разъедаются.

Очистка подъемных труб летающими скребками

В1954 г. на промыслах Татарии и Башкирии опробовали новый метод механической очистки подъемных труб от парафино­ вых отложений.

Вподъемные трубы скважины бросали специальный скребок конструкции УфНИИ. Скребок, достигнув специального устрой­ ства, называемого нижним амортизатором, обычно устанавли­

ваемым несколько глубже начала парафиновых отложений на глубине 800—850 м, при ударе раскрывал клапаны, которыми

перекрывалось сечение труб, и потоком жидкости выносился вверх к устью скважины. В верхнем положении скребок ударялся головкой по отбойнику, клапаны его складывались, сеченпе

уменьшалось, и он вновь падал вниз. Таким образом цикл повторялся бес­ прерывно и автоматически.

Благодаря сравнительной простоте конструкции скребка, отсутствию вспомогательного дорогостоящего и

громоздкого оборудования и сооруже­ ний (лебедки, проволока, скребковые будки, сооружение линий электропере­

дачи и т. д.) эти скребки являются самым эффективным и экономич­ ным механическим средством депара­ финизации подъемных труб фонтанных

скважин.

Летающие скребки с успехом при­ меняются на удаленных от основных промысловых коммуникаций скважи­ нах, намнохо облегчая труд операто­ ров.

При [помощи обычного самопи­ шущего манометра МГ-410 и простей­ ших контактных датчиков нормальную, работу скребка можно контролиро­ вать с диспетчерского пункта.

Опыт эксплуатации скребков на промыслах Башкирии и Татарии по­ казал, что они могут работать без профилактического осмотра и ремонта в течение 3—4 месяцев.

Устройство и работа автоматического скребка

Автоматический скребок, называе­ мый также летающим, конструкции УфНИИ состоит из следующих дета­ лей (рис. 12). На клапанной рамке 15

крепятся при помощи осей 12 три пары шарнирных клапанов 73, в нижней и

верхней частях ее имеются сверления

с нарезкой, в которые ввинчиваются верхний 6 и нижний 18 штоки. При помощи державок к фиксаторной или

20

панной рамкой 15, приварены ножи 9. Пружина 8, расположенная в отверстии верхнего штока и верхнего корпуса, соединяет планки ножей между собой. Замковый фиксатор состоит из. корпуса замка 4, трех шариков 3,' корпуса ловильной головки 2, соеди­ ненного с корпусом замка при помощи трех винтов 5 и пружины замка 1.

При ходе скребка вниз под действием силы тяжести клапаны 13 удерживаются фиксаторной или направляющей планкой 14

в сложенном состоянии. При этом взводная пружина 19 разжата.

Планки ножей 10 своими верхними выступами входят в пазы верх­ ней втулки, благодаря чему ножи 9 сложены и удерживаются в таком состоянии пружиной 8. Шарики 3 замкового фиксатора

штоку.

При ударе скребка о нижний амортизатор клапанная рамка продолжает некоторое время двигаться вниз за счет сил инерции,

взводная пружина 19 сжимается, а клапаны под действием

своих пружин раскрываются. Планки ножей выходят из пазов втулки верхнего штока, разжимая ножи и увеличивая их диа­ метр.

Верхний шток, двигаясь вниз, своей фаской становится против гнезд, в которых расположены шарики, в результате чего послед­ ние выходят из гнезд и замыкают шток. Взводная пружина

удерживается в сжатом состоянии.

При перекрытии клапанами поперечного сечения трубы фон­ танной колонны скребок под действием энергии восходящего

газо-нефтяного потока поднимается вверх, срезая на своем пути отложения парафина.

При ударе скребка о верхний амортизатор корпус ловильной

головки 2 остается на месте, другие же части скребка под дей­ ствием сил инерции продолжают свое движение, обеспечивая

срабатывание следующих деталей. Пружина 1 сжимается. Отвер­ стия с шариками оказываются против выточки ловильной головки, под действием силы штока шарики входят в свои гнезда. Осво­

божденная головка штока занимает крайне верхнее положение.

Пружина 19 разжимается, а клапанная рамка, переместившаяся

вверх относительно фиксаторной рамки 14, заставляет клапаны

21

Перед пуском скребка в работу необходимо проверить соот­

Особенности работы летающих скребков

Работоспособность летающего скребка, использующего энер­ гию восходящего потока газо-жидкостной смеси, определяется диаметром подъемных труб, дебитом, газовым фактором, обте­ каемостью скребка, величиной разности миделевых сечений при

раскрытых и закрытых клапанах, буферным давлением и чистотой поверхности скребка.

Работники УфНИИ разработали нормальный ряд летающих скребков для работы в фонтанных скважинах, оборудованных подъемными 2, 2х/г и 3" трубами. В настоящее время заводы из­ готовляют скребки типоразмера 21/2".

В соответствии с диаметром подъемных труб и дебитом сква­ жины устанавливается определенная величина скорости потока,

причем с ростом дебита при постоянном диаметре лифта скорость возрастает. Таким образом, между скоростью, дебитом и диамет­ ром труб существует зависимость

влияние на скорость газо-жидкостной смеси. Однако при выделе­ нии газа из нефти происходит, с одной стороны, увеличение ско­

рости потока, с другой — снижение удельного веса единицы объема газо-жидкостной смеси.

Обратимся к уравнению, определяющему сопротивление дви­ жения тела:

г = Cs g г2,

где г — сила сопротивления жидкости движению тела; С — коэф­ фициент сопротивления; s — миделевое сечение тела; у — вес единицы объема газо-жидкостной смеси; g — ускорение силы тя­ жести: v — скорость движения газо-жидкостной смеси.

22

Как видно, сила сопротивления зависит от веса единицы объема газо-жидкостной смеси в первой степени, а зависимость ее от скорости — квадратичная. Следовательно, при большом газовом факторе будем иметь большие скорости газо-нефтяного потока, а значит и лучшую работоспособность скребка.

Из этого уравнения следует, что при падении скребка важное значение имеет величина коэффициента сопротивления, т. е. обтекаемость скребка. Чем более обтекаема конструкция скребка,

тем меньше действуют на него силы сопротивления потока.

Для обеспечения работы скребка необходимы следующие

условия. Он должен иметь достаточный вес для преодоления сил, сопротивляющихся его падению. Площадь проекции скребка на плоскость при сложенных клапанах должна быть возможно меньшей. Наряду с этим скребок должен иметь наименьший вес

для обеспечения свободного подъема, особенно в нижней части фонтанной колонны. Площадь сечения скребка должна быть при раскрытых клапанах наибольшей и приближаться к площади сечения подъемных труб. Практикой установлено, что с увели­ чением разницы в площадях сечения скребка при сложенных п раскрытых клапанах требования к подбору веса скребка и соответствующему режиму скважины снижаются.

Величина буферного давления влияет на степень разгазированпя нефти в подъемных трубах фонтанных скважин. Чем больше буферное давление, тем меньше процент газа выделяется из нефти, следовательно меньшая скорость и у газо-нефтяного потока. Так как для скважин нефтяных площадей Татарии давление насы­ щения определяется величиной около 85—90 ат, а буферное давление для большинства скважин не превышает 15—25 ат, влияние его на скорость потока сравнительно одинаково и прак­ тически не ощущается. При давлениях же на буфере 40 ат и

более скорость потока заметно снижается (речь идет о равных

дебитах скважин при разных буферных давлениях).

Чистота поверхности скребка имеет немаловажное значение.

При неглубокой посадке нижнего амортизатора (около 650— 700 м) работа скребка протекает в потоке, содержащем парафин, который, отлагаясь на его поверхности, в дальнейшем затруд­ няет работу.

Таким образом, на работоспособность скребка влияют сама конструкция и условия его работы, т. е. рабочая характери­ стика скважины.-

Подбор летающего скребка к условиям скважины

Надежность работы летающего скребка во многом зависит от состояния внутренней 'Поверхности иасрсно-компрессорных труб. В канале подъемных труб должны отсутствовать вмятины,

заусенцы в местах стыков труб, а также выступы, являющиеся результатом эксцентричности внутреннего диаметра труб по отношению к наружному диаметру резьбы. Если раньше при

23

внедрении летающего скребка требовалась остановка скважины для шаблонирования и райбирования торцов труб, в настоящее время подъемные трубы подготовляют к работе летающего скребка без остановки скважины при помощи последовательно спускае­ мых шаблон-скребка и райбер-шаблона.

Шаблон-скребок предназначен для тщательной очистки вну­ тренней поверхности подъемных труб от отложений парафина

Рис. 13. Шаблон-скребок. Рис. 14. Райбер-шаблон.

(рис. 13). Ножи шаблон-скребка 1 имеют мягкую подвеску и благо­

даря усилию пружины 2 плотно прилегают к стенкам трубы. При

наличии на трубах заусенцев, вмятин и т. п. ножи сжимаются и обходят препятствия. При ходе скребка вниз ножи сжимаются, уменьшая диаметр и обеспечивая свободный спуск приспособле­ ния. Для очистки поверхности труб от парафина требуется 1—2 спуска шаблон-скребка.

Затем в скважину на обычной скребковой проволоке спускают райбер-шаблон, которым очищают поверхность труб от заусен­ цев, выступов и пр. Устройство райбер-шаблона следующее (рис. 14).

На шток 1 надевают двусторонний райбер 2, изготовленный

24

срезаются режущими лезвиями райбера. При срезании выступов райбер-шаблон последовательно приподнимается и резко бро­

сается вниз. Диаметр его на 1,5—2,0 мм меньше внутреннего диаметра труб, что обеспечивает свободный проход скребка

вверх и вниз.

Для каждой скважины скребок подбирается по весу в зави­ симости от дебита и ее особенностей, газового фактора, диаметра насосно-компрессорпых труб. На промыслах при подборе скреб­ ков руководствуются следующими зависимостями (табл. 1).

Важное значение имеет и проверка срабатывания механизма

скребка на поверхности. Для этого скребок испытывают на по­ верхности, бросая в вертикально установленную трубу с различ­ ной высоты. Чем чувствительней механизм, тем меньшая тре­

буется высота его падения для раскрытия клапанов. Регули­ ровка срабатывания производится в зависимости от дебита сква­ жины (табл. 2).

Из таблицы видно, что чем больше дебит скважины, тем чув­ ствительней должен работать механизм скребка при ударе о

нижний амортизатор. Это условие, с одной стороны, автомати­ чески выполняется потому, что прп большой массе (скребки для высокодебитных скважин подбираются более тяжелые) высота срабатывания уменьшается, с другой стороны, нижний аморти­ затор можно спускать на глубину около 1200 м в интервал с уме­

ренными скоростями потока, при этом известно, что наимень­ шая скорость потока, обеспечивающая страгивание скребка с нижнего амортизатора, должна быть не менее 0,32 м. сек.

Подбор скребков по приведенным данным справедлив для

скважин с газовым фактором 45—50 м3!т и буферными давле­ ниями до 30 ат.

Применение летающих скребков в малодебитных

инаклонно-направленных скважинах

Внастоящее время летающие скребки легко осваиваются и

надежно работают в скважинах с дебитами от 90 до 150 т!сутки,

ав отдельных случаях с дебитами 50 и 300 т/ сутки, по существу охватывая весь диапазон дебитов на промыслах Татарии.

Вскважинах с дебитами менее 50 т! сутки скребки, как пра­ вило, не работают вследствие недостаточности скоростей газо-неф­

25

тяного потока, который должен обеспечивать подъем скребка к устью. Наряду с малыми скоростями газо-нефтяного потока жесткая конструкция летающего скребка не может достаточно перекрыть трубы. Если площадь сечения 21/г" подъемных труб

равна 30,2 см2, то миделевое сечение скребков составляет 27,5— 27 см2 при стандартных величинах клапанной рамки 58,0—58,5 мм.

Увеличение мпделевого сечения осложняется опасностью закли­ нивания скребка в трубах при увеличении ширины клапанной

рамки, устранение же зазоров требует точной подгонки и регу­ лировки, что не предусмотрено конструкцией скребка.

В 1956 г. на ряде скважин был испытан скребок, предложен­

ный работниками бывшего КБ НП. Его отличительной особен­

ностью является использование зонтового клапана вместо сталь­ ных. Зонтовый клапан изготовлен из нефтестойкой резины и благодаря эластичности обеспечивает полное перекрытие сече­

ния лифтовых труб при срабатывании механизма скребка на нижнем амортизаторе. Скребок работает по принципу поршня. Испытания скребка показали, что его работоспособность в сква­

жинах с дебитами от 15 до 20 т!сутки вполне нормальна.

Таким образом, в малодебитных скважинах должны приме­ няться скребки с эластичными зонтовыми клапанами, что позволит надежно охватить весь диапазон дебитов скважин.

Применение летающих скребков в наклонно-направленных скважинах отличается некоторой особенностью [2].

Вес летающего скребка должен быть достаточным для пре­ одоления сил, сопротивляющихся его падению, и для раскрытия клапанов при ударе о нижний амортизатор. В наклонно-напра­

вленных скважинах углы кривизны в интервалах установки ниж­ него амортизатора (800—900 м) достигают 12—25°. В таких сква­ жинах движение скребка вниз будет совершаться как бы по на­

клонной плоскости, в результате чего скорость скребка умень­ шится на определенную величину, зависящую как от величины коэффициента трения скребка о трубы, так и от угла кривизны

нефти смолы и парафина в полужидком состоянии оказывает существенное влияние па величину трения. Сила трения зависит от величины коэффициента трения

F = fN,

где F—сила трения; / — коэффициент трения; N — сила, нор­

мальная к поверхности.

26

Для уменьшения коэффициента трения необходимо, чтобы трение происходило сталь по стали. Поэтому целесообразнее устанавливать нижний амортизатор в зоне полного отсутствия на стенках частиц смоло-парафиновых отложений, т. е. в интер­ вале 1100—1200 ж.

Следует указать на большую перспективность работ ВНИИ и УфНИИ по изготовлению скребков с механизмами, срабатываю­ щими не от удара о нижний амортизатор, а от давления в стволе скважины. Вполне понятно, что в этом случае работа скребков в наклонно-направленных скважинах будет протекать аналогично работе в вертикальных скважинах.

Экономическая эффективность применяемых средств депарафинизации

Чтобы определить экономическую эффективность применяемых средств очистки труб, подсчитаем затраты на депарафинизацию, связанные с установкой и обслуживанием той или иной конструк­ ции. В общем случае эти затраты складываются из стоимости установленного оборудования, монтажа и наладки, а также за­

трат (в годовом расчете) на обслуживание и потребляемую энергию. Надежность работы установки, количество допускаемых ава­

телем и проволокой стоит 570 руб. (по ценам 1958 г. на стоимость

изготовляемого оборудования в НПУ Бугульманефть).

Стоимость монтажа установки и подготовительных работ к пуску, установка лебедки, намотка скребковой проволоки,

смазка, регулировка и т. д. при занятости двух операторов в те­ чение 8 час., одного 3-го разряда, другого 5-го, составляет около

50 руб. (оплата по тарифу по справочнику).

Единовременные капитальные вложения на строительство подсобных сооружений (в данном случае стоимость скребковой

депарафинизации следующие: при работе оборудования и спуске

1 часа в неделю, проводимой оператором 3-го разряда, — 138 руб. Ежегодные амортизационные отчисления из расчета 6% годо­ вых для скребковой будки и единовременного погашения стои­

мости лебедки, т. е. 300 руб., составят 592 руб.

27х

Для лебедки АДУ-1. Комплект установки лебедки, скребков

с утяжелителем и скребковой проволоки стоит 6898 руб. (стои­ мость лебедок АС, АДУ-1, АДУ-2 различная, здесь стоимость лебедки принята 6628 р. 40 к.).

Стоимость монтажа установки и подготовительных работ

к пуску складывается из заработной платы оператора 5-го раз­ ряда п двух электромонтеров 6-го и 4-го разрядов, занятых в ра­ боте по монтажу 16 час., и составляет 142 руб.

Едпновременные капитальные вложения на строительство подсобных сооружений будут складываться из затрат на скреб­ ковую будку и проводку электролиний, для последних принята

усредненная стоимость 1100 руб. за 1 км (по ценам ЭМЦ), т. е.

5970 руб.

Затраты на обслуживание при полуавтоматическом режиме работы можно подсчитать из расчета занятости оператора 3-го разряда в течение 0,2 часа (спуск скребка и включение.лебедки на подъем). Эти затрат^ в общегодовом исчислении будут равны

580 руб.

Стоимость расхода потребляемой энергии электродвигателем

лебедки мощностью 1,8 кет за 3 часа работы в сутки при стои­

мости электроэнергии 3,2 коп. за 1 кет составит 63 руб. Ежегодные амортизационные отчисления на лебедку равны

10% ее стоимости и на скребковую будку 6%, т. е. 954 руб.

Для скребков УфНИИ. Стоимость комплекта установленного оборудования для одной скважины устанавливается, исходя из набора приспособлений для четырех скважин, рекомендованных

Монтаж и внедрение скребка проводятся оператором 5-го разряда в среднем в течение 24 час. Профилактика производится через каждые два месяца работы в течение 8 час. Общие годовые

личных средств очистки труб.

28