Установки погружных винтовых электронасосов

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вал насоса с двигателем соединяется:

непосредственно с помощью компенсационной муфты – при использовании в качестве привода тихоходного ДВС или синхронного двигателя;

спомощью зубчатого редуктора, монтируемого на фланце приводной части насоса;

спомощью клиноременной передачи.

Внашей стране для нагнетания жидкости в пласт применяются центробежные многоступенчатые секционные насосы ЦНС с подачей до 1000 м3/с, при давлении 0,4 – 20 МПа. В зависимости от типоразмера их к. п. д. изменяется от 44 до 80 %.

Напор насосов ЦНС регулируется изменением числа ступеней. Конструкция насоса представляет собой набор секций, зажатых между всасывающей и нагнетательной крышками и стянутых шпильками. Вал насоса установлен на подшипниках скольжения с принудительной смазкой, осевое усилие воспринимается упорным подшипником.

Для повышения долговечности основные детали насоса изготовляют из хромистых сталей: рабочие колеса и направляющие аппараты – литые из стали 20Х13Л, вал 40ХФА.

Насосный агрегат имеет систему смазки и охлаждения, которая подает масло к подшипникам при пуске и работе насоса, обеспечивает его охлаждение.

Для сокращения расходов на строительство кустовых насосных станций в последние годы начато использование центробежных электронасосов в качестве водозаборных и одновременно нагнетательных, для чего они спускаются в скважины, пробуренные на пласты с водой, пригодной для закачки в нефтесодержащие пласты. В этом случае закачка осуществляется без водоподготовки, а одновременно с забором воды обеспечивается дополнительный напор (до 1200 – 1300 м), необходимый для нагнетания воды в пласт. Таким образом, вода перепускается из пласта в пласт без контакта с воздухом, т. е. без ее аэрации, без установок водоподготовки, без сооружения кустовых скважин. Однако при этом усложняется контроль и ремонт внутрискважинных насосов, двигателей, снижается к. п. д. насосов и двигателей.

Помимо этого при удачном сочетании расположения водяного пласта и пласта, в который нагнетается вода, используют межпластовый переток, а для обеспечения соответствующего напора устанавливают ЦЭН, обеспечивающий перекачку воды из одного пласта в другой без подъема ее на поверхность.

Вотдельных случаях, когда имеется высоконапорный водяной пласт, удается обеспечить подачу в продуктивный пласт без применения ЦЭН, только лишь за счет использования энергии пласта.

Как видно, закачка воды в пласт – процесс весьма энергоемкий. Энергоемкость определяется количеством подаваемой насосами жидкости и необходимым напором, а

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

также к. п. д. привода и насоса. В свою очередь, необходимый напор зависит от длины напорных трубопроводов, глубин нагнетательных скважин, эффективной площади сечения каналов в зоне фильтра – призабойной части пласта, в которой нагнетается вода. И одной из важнейших задач является поддержание параметров этой системы на уровне, обеспечивающем требуемый удельный расход энергии при закачке воды в пласт.

Введение к лекции 14

Методы увеличения производительности скважины непосредственно связаны с увеличением проницаемости призабойной зоны пласта. Методы увеличения проницаемости пород призабойных зон скважин можно условно разделить на химические, механические, тепловые и физические. Часто для получения лучших результатов эти методы применяют в сочетании друг с другом или последовательно. Выбор метода воздействия на призабойную зону скважины определяются пластовыми условиями.

Химические методы воздействия дают хороший результат в слабопроницаемых карбонатных породах. Их применяют так же в сцементированных песчаниках, в состав которых входят карбонатные включения. К химическим методам воздействия на пласт относятся обработка приствольной зоны кислотами, ПАВ, органическими растворителями.

Механические методы обработки применяют обычно в пластах, сложенных плотными породами, с целью увеличения их трещиноватости. К механическим методам относятся гидравлический разрыв пласта (ГРП), гидропескоструйная перфорация и торпедирование скважин.

ЛЕКЦИЯ 14 14.1 Оборудование для увеличения проницаемости пласта. Оборудование для

проведения гидравлического разрыва пласта

Гидроразрыв пласта основан на неоднородности (слоистости) структуры нефтесодержащих пластов, способности их расслаиваться под воздействием закачиваемой в пласт жидкости.

Процесс осуществляется нагнетанием в пласт под большим давлением порции жидкости гидроразрыва, что приводит к образованию послойных трещин, в которые сразу же закачивается жидкость-песконоситель, продавливаемая с помощью буферной жидкости. Крупнозернистый песок, заполняя трещины, создает высокопроницаемые слои, улучшающие приток жидкости к фильтру скважины.

Процесс гидроразрыва – быстротечный, эффективность его находится в прямой зависимости от темпа проведения операций собственно разрыва и заполнения трещины песком. Поэтому комплекс оборудования отличается высокой подачей и большими

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

давлениями нагнетания. Необходимость в высоких давлениях (более 100 МПа) и больших подачах привела к использованию высоконапорных насосов и параллельной работе нескольких агрегатов, с мощными приводами и сложной обвязки. Дорогостоящее оборудование должно быть высокомобильным, быстро монтируемым, поэтому оно выполняется блочным и монтируется на автомобилях, что позволяет выполнять одним комплектом оборудования большое число гидроразрывов.

Основное оборудование для гидроразрыва пласта: автоцистерны для трех жидкостей – гидроразрывной, песконосителя, буферной, насосные агрегаты высокого давления для подачи гидроразрывной жидкости, пескосмесители, насосные агрегаты для закачки смеси песка с жидкостью-песконосителем, манифольд, оборудование устья скважины, комплект внутрискважинного оборудования – НКТ, якорь, пакер.

Автоцистерны. Требования к автоцистернам для гидроразрыва: наличие емкости заданного объема, средств стабилизации температуры жидкости, средств перекачки жидкости. Автоцистерна должна обладать хорошей проходимостью и быть или самоходной, или перевозимой тягачом.

Внастоящее время используются цистерны следующих марок: ППЦ-23-5524П, АЦН-11-257, АЦН-7,5-5334, ЦР-7АП, АП-15-5320/8350.

Наиболее вместимой является цистерна ППЦ-23-5524П, включающая в себя собственно цистерну, насосный блок с трансмиссией, манифольд, систему самовсасывания и другое оборудование, смонтированное на автомобиле КрАЗ-257 и полуприцепе. Эта цистерна предназначена для перевозки неагрессивных жидкостей, подачи их на прием насосных установок при гидроразрыве, гидропескоструйной перфорации, кислотной обработке призабойной зоны.

Оборудование, установленное на цистерне, может обеспечить наполнение цистерны жидкостью из посторонней емкости; подачу жидкости из собственной или посторонней емкости с замером ее количества на прием насоса высокого давления.

Жидкость перекачивается насосным блоком, приводимым в действие ходовым двигателем через коробку отбора мощности и трансмиссию.

Конструкция цистерны представляет собой емкость эллиптического или круглого сечения, сваренную из отдельных листов

Вкачестве насосов для заполнения или перекачивания жидкости используются центробежные самовсасывающие насосы, приводимые в действие ходовым двигателем.

От коробки отбора мощности автомобиля энергия двигателя передается трансмиссией к насосному блоку.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Цистерны имеют дополнительное оборудование для контроля режима работы насосов: тахометр, манометр и т. п., а автомобили, на которых смонтировано оборудование, снабжаются искрогасителями, приспособлениями для закрепления манифольда и т. п.

Насосные агрегаты. Требование к насосным агрегатам: гидроразрывная и буферная жидкости должны закачиваться одним и тем же агрегатом с автономным приводом. Насосы агрегата должны иметь большую подачу и создавать давление, необходимое для гидроразрыва в условиях района применения. Давление для образования трещин в пласте приближенно может быть определено как р = 1,5 – 2,5L,

где L – глубина скважины.

Для создания давления используются насосные агрегаты 4АН-700 (рис. 14.1), смонтированные на шасси автомобиля КрАЗ-257. Оборудование агрегата включает в себя силовую установку 4УС-800, коробку передач 3КПм, горизонтальный трехплунжерный насос 4Р-700, маннфольд и систему управления.

Силовая установка 4УС-800 состоит из дизеля с многодисковой фрикционной муфтой сцепления, центробежного вентилятора, систем питания, охлаждения, смазки и других узлов. В качестве двигателя используется V-образный, 12-цилнндровый четырехтактный дизель с непосредственным впрыском топлива и турбонадувом. Максимальная мощность двигателя 588 кВт.

Коробка скоростей 3КПм четырехступенчатая, обеспечивает следующие передаточные отношения: 4,67; 3,43; 2,43; 1,94.

Рисунок 14.1 – Насосный агрегат 4АН-700 Насос 4Р-700 трехплунжерный, горизонтальный, одинарного действия. Его

конструкция предусматривает работу с плунжерами диаметром 100 или 120 мм. При этом максимальная подача составляет 22 л/с при давлении 21 МПа, а минимальная – 6,3 л/с при давлении 70 МПа.

Пескосмеситель. Агрегат должен обеспечивать перевозку песка и приготовление песчано-жидкостной смеси. Агрегаты имеют две емкости для заполнения песком двух

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

фракций – мелкой и крупной. Бункер оснащен загрузочным шнеком, приводимым в действие гидромонитором. Гидропривод работает от ходового двигателя автомобиля. Для исключения образования песчаных пробок и прилипания песка к стенкам емкости на ней смонтированы вибраторы. Привод вибраторов пневматический от ходового компрессора.

Песчано-жидкостная смесь получается в гидросмесителе, оснащенном рабочим шнеком с гидроприводом. Производительность 50 – 75 т/ч. Смесь накапливается в аккумуляторе с лопастными мешалками и гидромоторами для исключения осаждения песка. Вместимость аккумулятора 1 – 1,5 м3. Из аккумулятора к насосным агрегатам смесь подается песковым насосом.

В настоящее время применяются пескосмесительные агрегаты 4ПА (рис. 14.2) и УСП-50.

Агрегат 4ПА (рис. 14.2) смонтирован на шасси автомобиля КрАЗ-257 и состоит из пульта управления 1, аккумулятора 2, смесительного горшка 3, регулятора выдачи сыпучего материала 4, рабочего шнека 5, бункера 6, загрузочного шнека 7, пневмовибратора 8, масляного и пескового насосов, монтажной рамы 9.

Привод отдельных агрегатов песконосителя осуществляется ходовым двигателем. Агрегат УСП-50 по сравнению с 4ПА имеет более уравновешенную конструкцию

бункера, загрузочного и рабочего шнеков, системы управления шнеками и мешалкой и т. п. У него повышен темп отбора готовой смеси из смесителя, улучшено управление работой отдельных узлов.

Рисунок 14.2 – Пескосмесительный агрегат 4ПА Манифольд предназначен для соединения в одну систему всех агрегатов комплекса,

управления процессом гидроразрыва, контроля и защиты.

Блок манифольда состоит из двух групп коммуникаций – низкого и высокого давлений и оснащен обратными клапанами, исключающими обратный переток жидкости в линию низкого давления при аварийной остановке одного из насосов.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для контроля плотности, расхода, давления на центральной трубе размещены соответствующие датчики. Оба манифольда имеют предохранительные клапаны.

Блок оснащен комплектом запасных НКТ общей длиной 80 – 100 м обычно диаметром 48 мм с быстромонтируемыми стыками и подъемным краном.

Внастоящее время применяется блок манифольда 1БМ-700, который включает в себя напорный и приемный коллекторы, подъемную стрелу и комплект труб с шарнирными соединениями.

Напорный коллектор представляет собой кованую коробку с шестью отводами для соединения с насосными и цементировочными агрегатами, центральной трубы с датчиками контрольно-измерительных приборов: манометра, расходомера, измерителя плотности, двух отводов для соединения с арматурой на устье скважины, кранов и предохранительных клапанов.

Помимо этого на коробке установлены шесть обратных клапанов, автоматически отсоединяющих подключенные насосные агрегаты при прекращении ими подачи жидкости.

Блок манифольда позволяет проводить весь комплекс работ при давлении до 70 МПа, напорный коллектор соединяется двумя трубопроводами с арматурой устья. Раздаточный коллектор служит для распределения рабочих жидкостей – продавочного раствора, воды, песчано-жидкостной смеси и т. п. к цементировочным и насосным агрегатам. Максимальное давление в раздающем коллектора 2,5 МПа.

Оборудование устья предназначено для соединения напорной линии, идущей от манифольда к скважине, с устьем скважины и колонной НКТ, а также соединения НКТ с разными трубопроводами. Для этого применяются специализированные устьевые арматуры высокого давления.

Внастоящее время устье скважины оборудуют универсальной арматурой 2АУ-700, которая может также использоваться при гидропескоструйной перфорации и цементировании скважин. Арматура состоит из крестовины с патрубком, устьевой головки с сальником и пробковых кранов. Крестовина имеет три горизонтальных отвода,

кдвум из которых через пробковые краны присоединяются напорные линии от манифольда. На крестовике устанавливается манометр с масляными разделителями. Устьевая головка имеет четыре отвода, три из которых соединены с пробковыми кранами, а на четвертом установлены манометр и предохранительный клапан. Нижняя часть головки с помощью резьбы соединяется с эксплуатационной колонной.

Максимальное рабочее давление, на которое рассчитана арматура 2АУ-700, 70

МПа.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

При гидроразрыве пласта весь комплекс оборудования для его осуществления располагается в соответствии со схемой рис. 14.3.

Рисунок 14.3 – Схема расположения оборудования при проведении гидроразрыва пласта: 1 – насосный агрегат 4АН-700; 2 – пескосмесительный агрегат; 3 – автоцистерна; 4 – песковоз;

5 – блок манифольда 1БМ-700; 6 – арматура устья 2АУ-700; 7 – станция контроля и управления процессом

Внутрискважинное оборудование предназначено для направления потока жидкости в пласт при обеспечении сохранности ствола скважины. Для этого скважина оснащается комплектом НКТ с пакером над фильтровой зоной ствола, предохраняющим ствол от воздействия высокого давления жидкости. Для исключения возможности смещения пакера при больших осевых усилиях и разгрузке колонны труб устанавливается якорь.

Якорь состоит из корпуса, головки, плашки, шпонки, патрубка, трубки, хвостовика, винта, гайки, предохранительной заглушки. В верхнюю часть корпуса ввинчена головка заканчивающаяся муфтой, для присоединения его к насосно-компрессорным трубам. К нижней части корпуса привинчен хвостовик с левой резьбой бурильных труб для соединения якоря с пакером. Внутри якоря расположен патрубок, предохраняющий резиновую трубку от выпучивания внутрь. В корпусе якоря расположены восемь плашек. Их выпадение предотвращается шпонками, которые крепятся к корпусу винтами.

При перепаде давления внутри и вне якоря резиновая трубка выдвигает плашки до упора во внутренние стенки обсадной колонны. Врезаясь острыми концами зубьев плашек в колонну, якорь воспринимает усилие, действующее от пакера. При снижении давления резиновая трубка принимает первоначальную форму, и плашки свободно входят в корпус якоря.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

14.2 Оборудование для кислотных обработок

Обработка нефтесодержащего коллектора, в составе которого имеются карбонатные породы, кислотой улучшает проницаемость пласта в зоне скважины, а соответственно обусловливает и интенсификацию притока жидкости к скважине либо увеличивает ее приемистость, если скважина нагнетательная.

Для обработки пласта кислотой применяется комплекс оборудования, в состав которого входят арматура для устья скважины, насосный агрегат для нагнетания кислоты

вскважину, автоцистерна для перевозки кислоты и химреагентов, манифольд для соединения автоцистерны с приемом насосного агрегата и с устьевой арматурой. Кроме того, в районах с большими объемами работ по кислотным обработкам имеются базы с запасом кислоты.

При солянокислотной обработке концентрация кислоты в растворе составляет 8 – 20% в зависимости от пород нефтесодержащего коллектора. Если концентрация раствора соляной кислоты выше рекомендуемой, трубы устьевого и скважинного оборудования разрушаются, а если ниже – снижается эффективность обработки призабойной зоны.

Для предохранения труб, емкостей, насосов, трубопроводов, устьевого и скважинного оборудования от коррозионного воздействия кислоты в раствор добавляют специальные ингибиторы. В качестве ингибиторов применяется формалин (40%-ный раствор формальдегида в воде) или уникол марки У-К. У-2 и M-H. Несмотря на применение защитных мер, в процессе обработки скважины в соляной кислоте образуется значительное количество примесей в виде окислов железа, которые выпадают из раствора их и закупоривают поры пласта. Для предотвращения выпадения применяются стабилизаторы, в качестве которых используется уксусная кислота, добавляемая в раствор

вколичестве 0,8 – 1,6 % объема разведенной соляной кислоты.

Раствор соляной кислоты приготовляют следующим образом. После определения его объема в емкость заливается вода. К ней добавляются ингибитор, затем стабилизатор и замедлитель реакции – препарат ДС в количестве 1 – 1,5 % от объема закачиваемого в скважину раствора кислоты. После тщательного перемешивания раствора в последнюю очередь добавляют рассчитанный объем концентрированной соляной кислоты при постоянном перемешивании.

На промыслах применяются кислотные обработки нескольких видов: закачка кислоты в пласт под давлением, кислотные ванны, при которых кислота закачивается в скважину только в объеме забоя без задавки ее в пласт для очистки внутренней поверхности забоя от загрязняющих отложений (цемент, глинистый раствор, смолы, парафин, продукты коррозии), а также закачка горячего кислотного раствора, который

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

нагревается за счет экзотермической реакции между соляной кислотой и реагентом – магниевым материалом.

Для транспортирования раствора ингибированной соляной кислоты и нагнетания его в пласты применяются специальные агрегаты Азинмаш-30А. АКПП-500, КП-6,5.

Агрегат Азинмаш-30А монтируется на трехосном грузовом автомобиле КрАЗ-257 высокой проходимости. Агрегат включает: трехплунжерный горизонтальный насос одинарного действия 5НК-500, коробку отбора мощности, промежуточную трансмиссию, манифольд, гуммированные цистерны (основная и смонтированная на прицепе).

Агрегат АКПП-500 смонтирован на трехосном грузовом автомобиле КрАЗ-255Б высокой проходимости. Агрегат состоит из трехплунжерного горизонтального насоса одинарного действия с приводом от тягового двигателя автомобиля через коробку отбора мощности и промежуточную трансмиссию, гуммированной цистерны и трубопроводов с арматурой. Принцип действия агрегата не отличается от агрегата Азинмащ-30А. Техническая характеристика АКПП-500

Для транспортирования ингибированной соляной кислоты и подачи ее на насосный агрегат при кислотной обработке призабойной зоны скважины применяются специальные кислотовозы КП-6,5 и прицеп-цистерна ПЦ-6К.

Кислотовоз КП-6,5, смонтированный на автомобиле КрАЗ-255Б, состоит из гуммированной цистерны, центробежного одноступенчатого насоса, трубопроводов и запорной арматуры.

Прицеп-цистерна ПЦ-6К предназначена для транспортирования раствора ингибированной соляной кислоты с содержанием НСl 21 %.

Допускается добавлять в транспортируемую жидкость плавиковую кислоту в количестве до 5 % и уксусную кислоту до 2 % от объема соляной кислоты. Цистерна смонтирована на шасси автомобильного прицепа МАЗ-8925.

При отсутствии описанных специальных кислотных агрегатов скважину обрабатывают при помощи обычных передвижных насосных или промывочных агрегатов с последующей промывкой водой гидравлической части насосов.

Введение к лекции 15

Для повышения коэффициента нефтеотдачи и увеличения темпов отбора нефти из пласта применяется термическое воздействие на пласт. Оно оказывает эффективное воздействие на высоковязкую нефть неоднородных пластов, где применение заводнения не дает значительного эффекта. Нередко термические методы используются в тех случаях, когда никаким другим способом извлечь нефть из пласта не удается.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Важным преимуществом методов теплового воздействия на пласт является достижение высокого коэффициента нефтеотдачи.

Методы термического воздействия на пласт характеризуются меньшими по сравнению с прочими методами капитальными вложениями и эксплуатационными затратами.

При применении этих методов отсутствует необходимость в использовании дорогих химических реагентов, например ПАВ.

ЛЕКЦИЯ 15 Оборудование для теплового воздействия на пласт

Термические методы воздействия на пласт основаны на резком снижении вязкости нефти при нагреве, в результате чего ее подвижность в пластовых условиях увеличивается

иулучшается приток к эксплуатационным скважинам.

Внастоящее время разработано много способов термического воздействия. Существуют три области воздействия термических методов: призабойная зона пласта, пласт в целом и ствол скважины.

Воздействие на призабойную зону осуществляется: нагревательными устройствами

– устьевыми и глубинными; тепловой обработкой в сочетании с другими средствами интенсификации. В качестве теплоносителя могут быть использованы: вода, пар, нефть, газ.

Различают источники тепла двух видов: топливо, энергия которого используется в наземных теплообменных аппаратах, и топливо, находящееся в пласте или сжигаемое там же.

При термическом воздействии на ствол скважины обычно осуществляют депарафинизацию, борьбу с гидратными пробками, повышение приемистости скважин.

При термическом воздействии на пласт основная цель – повышение коэффициента нефтеотдачи и сокращение времени разработки месторождения.

При воздействии на пласт применяется комплекс оборудования, состоящий из специальной арматуры устья скважин; головки колонной сальниковой; лубрикатора для спуска приборов; термостойких пакеров; внутрискважинных компенсаторов удлинения колонны НКТ.

Арматура устья для герметизации устья нагнетательных скважин в период тепловой обработки пласта обеспечивает подвеску колонны НКТ, компенсирует ее удлинение и позволяет проводить исследовательские работы по стволу скважины и на забое. Она состоит из запорных устройств – задвижек и вентилей, фитингов-крестовиков,