книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

Рис. 3.11. Схема изменения давления (Г)

и скорости потока жидкости (2) в струйном насосе

Если площадь поперечного сечения рабочего сопла составля­ ет 50...60 % площади камеры смешения, то насос можно назвать высоконапорным. В этом случае площадь поперечного сечения кольцевого сопла сравнительно мала, что уменьшает расход от­ качиваемой жидкости по сравнению с расходом рабочей жидко­ сти. При этом гидравлическая энергия передается сравнительно малому объему откачиваемой жидкости и развивается высокий напор.

Если же площадь рабочего сопла не превышает 20 % площа­ ди камеры смешения, то соответственно увеличивается объем откачиваемой жидкости и, следовательно, уменьшается разви­ ваемый напор. Такие насосы относятся к низконапорным.

Чтобы удовлетворить различным требованиям условий рабо­ ты насоса в скважинах (по подачам и напорам), необходимо подобрать сочетания площадей проходных сечений.

Основные фирмы-изготовители выпускают комплекты струй­ ных насосов с набором рабочих сопел (насадок) различных раз­ меров и несколькими (от 1до 6) комплектами камер смешения (горловин) для каждой насадки.

Площади поперечных сечений рабочих сопел струйных насо­ сов фирм; Kobe, National и Cuiberson изменяются в диапазоне

1.03..250.00 мм2, площадь камеры смешения этих насосов —

2.84...1390 мм2.

Выбор соотношения размеров рабочего сопла и камеры сме­ шения зависит от условий эксплуатации. Зарубежные фирмы наиболее часто используют струйные насосы с соотношением площадей сопла и горловины 0,235...0,400.

Малые габаритные размеры и возможность работы струйных насосов при прямой и обратной циркуляции рабочей жидкости позволяют применять различные конструктивные схемы сква­ жинного оборудования.

Так, в каталогах фирмы TRIKO Industries, Inc. представлены «свободные» струйные насосы в сочетании с двумя параллель­ ными или коаксиальными рядами НКТ, а также с НКТ, уста­ новленными на пакере. Оригинально решение, в котором струй­ ный насос устанавливается в клапанной камере скважинного газлифтного оборудования.

Все виды струйных насосов могут эксплуатироваться в сква­ жинах со значительным искривлением ствола и большим содер­ жанием механических примесей и свободного газа в откачивае­ мой жидкости.

Струйные насосы могут применяться при освоении скважин по окончании бурения, при очистке призабойной зоны добыва­ ющих и нагнетательных скважин, а также при комплексном при­ менении метода создания циклических депрессий — репрессий

всочетании с другими методами воздействия на пласт.

ВСКТБ «Недра» ИваноФранковского института нефти и газа [71] с участием конструкторов Калушского завода «Карпатнефтемаш» была разработана и усовершенствована конструкция, стационарного аппарата, которому присвоен шифр УОС-1 М.

Вэтой конструкции не используются дефицитные цветные ме­ таллы и уплотнительные резиновые кольца, а также значитель­ но уменьшена материалоемкость. При изготовлении аппарата данной конструкции существенно снижается трудоемкость фре­ зерных и токарных работ, упрощается сборка. Струйные аппа­ раты указанных конструкций предназначены для добычи нефти или других жидкостей из скважин, а также для воздействия на пласт. Стационарный струйный аппарат УОС-ДМ состоит из корпуса, камеры смешения с технологической заглушкой, твер­ досплавной насадки, запрессованной в гнездо и шара. Наруж­

ный диаметр устройства уменьшен со 107 до 96 мм, длина — с 650 до 460 мм, а масса его составляет 11 кг.

Вставной струйный аппарат УЭОС-1состоит из корпуса и эжек­ торного насоса. Эжектируемая из пласта жидкость поступает в ка­ меру смешения по каналам корпуса устройства. Конструкция уст­ ройства дает возможность устанавливать и извлекать из внутрен­

метизируется в корпусе устройства с помощью уплотнитель­ ных элементов, выполненных из фторопластового материала или асборезиновой смеси. Уплотнительные элементы и со­ единение смесителя с корпусом фиксируются соответственно гайками. Минимальный внутренний диаметр (46 мм) корпуса позволяет пропускать через него глубинные манометры диа­ метром до 42 мм автономно или совместно с эжекторным на­ сосом. В последнем случае оперативно оценивается создавае­ мая депрессия на пласт. Соединение глубинного манометра с эжекторным насосом фиксируется посредством установочного

LJ F1 П 1 с х .

Функциональные возможности устройства УЭОС-1 по срав­ нению с УОС-1 и УОС-1М расширены и позволяют изменять режим воздействия на пласт за счет быстрой замены эжекторно­ го насоса без подъема НК.Т, замерять создаваемую депрессию на пласт, вводить скважины в эксплуатацию без замены глубинно­ го оборудования (при газлифтном способе добычи нефти) [72].

Струйный аппарат с попутными рабочими потоками УСДП-1, позволяет совмещать различные виды искусственного воздействия на пласт (кислотное, термокислотное, обработка ПАВ) с цикли­ ческим депрессионным воздействием. Применение струйного аппарата данного типа становится необходимым в том случае, когда перед созданием многократных мгновенных депрессий — репрессий необходимо создать высокое давление на пласт, а проч­ ность обсадной колонны, исходя из расчета на внутреннее давле­ ние, не позволяет реализовать такой технологический процесс. УСДП-1 состоит из корпуса и встроенного в него эжекторного насоса. На корпусе устройства установлен запорный элемент, который выполнен в ви5н в виде дОенциальной втулки, перекры­ вающей каналы для выхода жидкости в затрубное пространство. Втулка фиксируется на корпусе устройства с помощью винта и гайки, а уплотнение достигается за счет колец. Конструкция за­ порного элемента обеспечивает надежное разобщение внутрен­ ней полости НКТ и затрубного пространства.

После создания в затрубном пространстве скважины расчет­ ного давления втулка перемещается по корпусу устройства в крайнее нижнее положение и открываются каналы для выхода жидкости из насоса. Вследствие того, что площадь верхней тор­ цовой части втулки больше площади ее нижней торцовой части,

возникает направленная вниз результирующая сила, под дей­ ствием которой втулка перемещается. В гнезде выходного кана­ ла устройства установлен шаровой клапан, предназначенный для проверки пакера на герметичность в процессе проведения работ с устройством. Эжекторный насос фиксируется в корпусе проб­ кой. Перед началом работ по очистке призабойной зоны пласта в прямоточный канал устройства через НКТ сбрасывается шар, после установки которого в гнезде этот канал перекрывается и рабочая жидкость, подаваемая с поверхности насосными агрегатами, на­ правляется к соплу насоса. При истечении жидкости из сопла в приемной камере устройства и соответственно под пакером со­ здается зона пониженного давления, вследствие чего жидкость эжектируется из подпакерного пространства и создается депрес­ сия на пласт. Смешанный поток поступает в диффузор и далее по затрубному пространству движется вверх к устью скважины.

Конструктивно устройство выполнено для использования в обсадных колоннах с наружным диаметром 140 мм и более. Максимальный наружный диаметр устройства (108 мм) не пре­ пятствует его свободному прохождению в выбранных колоннах. Благодаря достаточно большому внутреннему диаметру прямо­ точного канала — 26 мм не создаются чрезмерные гидравличес­ кие сопротивления при движении рабочей жидкости. Внутрен­ ний диаметр канала для установки струйного насоса — 42 мм дает возможность размещать насос в корпусе и демонтировать его при проведении профилактических или ремонтных работ.

Технические данные, характеризующие струйные аппараты, приведены в табл. 3.3 [72].

Следует отметить, что фактическое увеличение отборов за счет установки струйных насосов со временем повышалось.

В течение всего периода эксплуатации струйные насосы ред­ ко простаивают благодаря строгому выполнению налагаемых фирмами изготовителями ограничений по максимальной мощ­ ности привода, поддержанию в заданных пределах рабочего дав­

ления.

В настоящее время совершенствуются схемы инжекторов, по­ вышается гибкость рабочих характеристик, расширяется область применения оборудования для эксплуатации струйных насосов.

Известны скважинные насосные установки, которые содер­ жат инжектор и лабиринтный канал, образованный магнитны-

Примечание. Максимальная создаваемая депрессия на пласт равна пластовому давлению.

ми кольцами, установленными на внутренней поверхности ка­ меры смешения и наружной поверхности диффузора. При рабо­ те струйного насоса часть жидкости перетекает по лабиринтно­ му каналу обратно в камеру смешения, проходя при этом маг­ нитную обработку, благодаря чему снижается отложение солей, содержащихся в пластовой жидкости, на поверхности установ­ ки. Такое решение расширяет область применения струйных насосов, и увеличивает МРП работы скважины.

Наряду с тем, существует скважинная насосная установка, содержащая струйный насос и устройства для нагнетания теп­ лоносителя, т.е. перегретого пара в продуктивный пласт сква­ жины. Эта установка предназначена для периодической эксплу­ атации скважин с последующей обработкой пласта и НКТ теп­ лоносителем. Скважина оборудована струйным насосом, рабо­ чим, агентом в котором является пар, подаваемый с поверхнос­ ти. При уменьшении дебита скважина переводится на режим

нагнетания пара в пласт. Для этого подача пара на некоторое время прекращается, а в затрубное пространство подается под давлением жидкость, которая обеспечивает переключение сква­ жинного устройства. Пар перестает поступать в рабочее сопло насоса и проходит через кольцевой зазор устройства в пласт.

Перевод скважинной насосной установки на режим отбора пластовой жидкости осуществляют, поднимая колонну НКТ до упора стопорной втулки и открытия нагнетательного патрубка струйного насоса.

Наряду с рассмотренными вариантами применением струй­ ных насосов имеются и другие области применения.

3.2.2. Поверхностное оборудование струйных насосных установок

Струйные аппараты спускают в скважину на рас­ четную глубину на колонне НКТ вместе с пакером, опрессовочным седлом, циркуляционным клапаном и фильтром-хвостови­ ком (рис. 3.14). Пакер при необходимости устанавливают над испытуемым пластом.

Аналогичность поверхностного (наземного) оборудования установок струйных насосов и гидропоршневых насосных уста­ новок обеспечивает быстрый перевод скважин с работы гилропоршневого насоса на струйный насос и наоборот при измене­ нии динамического уровня, и продуктивности пласта.

Циркуляционный клапан (рис. 3.15) располагают выше мес­ та установки струйного аппарата на одну трубу колонны НКТ,

аопрессовочное гнездо над циркуляционным клапаном.

Спомощью насосных агрегатов (ЦА-320, ЦА-400, 4АН-700 и др.), установленных непосредственно на устье скважины, рабочая жидкость подается по колонне НКТ к струйному насосу. Выте­ кая с большой скоростью (200...280 м/с) из насадки и эжектора, рабочая жидкость инжектирует жидкость из подпакерной зоны.

Вкамере смешения струйного насоса происходят энергообмен между потоками рабочей и инжектируемой жидкостей и вырав­ нивание профилей скорости по сечению камеры смешения. Смешанный поток поступает в диффузор, где кинетическая энер­ гия преобразуется в потенциальную энергию статического дав-

/ — нижний пакер; 2 — обратный клапан; 3 — гидропоршневой или струйный насосный агрегат; 4 — седло; 5— наконечник с пакером; 6 — эксплуатационная колонна труб; 7 — четырехходовой клапан; 8 — силовой плунжерный насос триплекс; 9 — трехфазный сепаратор; 10— циркуляционный насос; 11 — гидроциклонные очистители; 12 — контрольный клапан, регулятор потока

ления. Жидкость, выходящая их диффузора струйного насоса, движется к устью скважины по затрубному пространству.

Устройства УОС-1 (УОС-1М), УЭОС-1, УСДП-1 применя­ ются для создания длительно действующей на пласт депрессии, а также для воздействия на пласт в режиме

Струйные аппараты УЭОС-1 и УСДП-1 позволяют закачать кис­ лоту в ПЗП, а затем откачать из пласта, в технологически установлен-

Рис. 3.15. Циркуляционный клапан:

1 — корпус; 2 — втулка; 3 — уплотнительное коль­ цо; 4 — шар; 5 — упорное кольцо; 6 — штифт депрессия — репрессия

ное время, продукты реакции кислоты с породой с последующим циклическим воздействием на ПЗП путем создания многократных депрессий — репрессий.

Струйные, насосы УОС-1 (УОС-1М), УСДП-1 и корпус вставного аппарата УЭОС-1 устанавливаются на колонне HKT. Вставная часть УЭОС-1 достав­ ляется к месту установки корпуса под действием силы собственной массы и после выполнения технологических операций извлекается на поверхность с помощью каната. Установленный в нижней ее части глубинный манометр

фиксирует снижение давления и числа цикуюв депрессии — реп­ рессии в течение, всего технологического процесса.

Применение УСДП-1 позволяет проверять герметичность пакера но только в начальный период, но и в любой момент технологического процесса, а благодаря попутному движению рабочей, инжектируемой и смешанной жидкостей уменьшаются потери давления в рабочих органах аппарата.

Гидродинамический испытатель УГКП-1 спускают на каро­ тажном кабеле внутрь колонны НКТ до места его установки в корпусе. При этом наличие датчика давления и установленно­ го в нижней части испытателя регулируемого обратного клапа­ на позволяет передавать по кабелю на наземный осциллограф кривые притока и кривые восстановления давления (КВД) либо сведения о давлении на пласт при воздействии на него много­ кратными депрессиями — репрессиями. Возможность получе­ ния КВД непосредственно на устье скважины до и после тех­ нологического воздействия на ПЗП многократными депресси­ ями — репрессиями либо другими методами (кислота, 11ЛВ, топло, ультразвук и т.п.) позволяет оценивать изменение филь­

трационных свойств пород в призабойной зоне и степень их очистки.

Таким образом, вся гамма струйных аппаратов позволяет создавать депрессию на пласт, обеспечивать выдержку во време­ ни на приток при заданной депрессии и также быстро восста­ навливать гидростатическое давление на пласт. Под понятием быстро подразумевается снижение давления в камере инжекции от гидростатического до вакуума за время от нескольких секунд до 1..2 мин.

Струйные насосы могут применяться при освоении скважин по окончании бурения, при очистке ПЗП добывающих и нагне­ тательных скважин, а также при комплексном применении ме­ тода создания циклических депрессий — репрессий в сочетании с другими методами воздействия на пласт.

Жидкостно-газовые эжекторы могут применяться в различ­ ных областях техники, в том числе в нефтегазодобывающей про­ мышленности для утилизации низконапорных газов, для пере­ качки и компримирования попутных нефтяных газов в нефте­ промысловой системе сбора, подготовки и транспорта продук­ ции скважин. Изотермический коэффициент полезного действия ЭЖГ 0,4 достигнут за счет оптимизации геометрических пара­ метров.

Применение струйных насосов наиболее рационально в на­ клонно направленных скважинах и скважинах со значительным содержанием в продукции коррозионно-активных веществ, ме­ ханических примесей, при средней глубине динамического уровня (до 1500 м) и из скважин со средними и высокими дебитами.

К недостаткам струйных насосов можно относительно отнес­ ти низкий КПД, необходимость погружения насосов на большую глубину (не менее 20 % от динамического уровня в скважине), уменьшение подачи насоса при откачке жидкости с большим, содержанием свободного газа.

Направлениями развития этого вида оборудования являют­ ся повышение энергетических показателей струйных насосов, обеспечение автоматического перехода с режима на режим при изменении условий эксплуатации, создание струйных насо­ сов для работы на многофазных смесях в многопластовых сква­ жинах.