книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

с 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.

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-

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).

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