нефтегазопромыслового оборудования методичка
.pdfvk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
С другой стороны, высокая единичная мощность агрегата обусловлена рациональным принципом его компоновки - расположением первичного двигателя в непосредственной близости от насоса.
Электровинтовые насосы скомпонованы аналогично УЦЭН, но вместо гидродинамического центробежного насоса используется объемный - винтовой насос. Это решение позволяет использовать все преимущества объемного насоса и преимущества компоновки агрегата ЦЭН.
Установка погружного винтового сдвоенного электронасоса (рис. 4.72) состоит из насоса 5, электродвигателя с гидрозащитой 7, комплектного устройства 2, токоподводящего кабеля с муфтой кабельного ввода 6. В состав установок с подачами 53,100 и 200 м3/сут входит еще и трансформатор 1, так как двигатели этих установок рассчитаны соответственно на напряжение 700 и 1000 В.
Насос и двигатель с гидрозащитой спускаются в скважину на на-сосно- компрессорных трубах 4.
Электроэнергия от трансформатора и комплектного устройства, расположенных на поверхности земли, подается к электродвигателю по специальному бронированному кабелю, который крепится к трубам специальными поясами 3.
Все погружные винтовые электронасосы выполнены по одной и той же схеме с двумя рабочими органами (табл. 4.14[15]).
Принцип действия винтовых насосов заключается в том, что винт или винты насоса и его обойма образуют по своей длине ряд замкнутых полостей, которые при вращении винтов передвигаются от приема насоса к его выкиду. В начальный момент каждая полость сообщается с областью приема насоса, при продвижении вдоль оси насоса ее объем увеличивается, заполняясь перекачиваемой жидкостью, после чего становится полностью замкнутым. У выкида объем полости сообщается с полостью нагнетания, постепенно уменьшается, а жидкость выталкивается в трубопровод.
Винтовые насосы могут быть с несколькими или с одним винтом. Для перекачивания нефти используются одновинтовые насосы. У одновинтового насоса замкнутая полость образуется одним металлическим винтом и резиновой обоймой. Винт имеет однозаходную плавную нарезку с весьма большим отношением.
В настоящее время разработаны установки типа УЭВНТ 5А на подачу 16...200 м3/сут при напоре 1200...900 м, где Т означает тихоходный двигатель (частота вращения 1500 мин'1). Их подача меньше зависит от напора. Они оказались эффективными при работе на вязких жидкостях (до 6-10-4 м2/с) и расходном газосодержании на приеме до 0,5. Область применения их ограничена температурой до 30...70 "С. Вследствие теплового расширения это определяет различный натяг
-233-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
или зазор - посадку винта в обойме. Слабым звеном пока является резиновая обойма.
Вопрос 4.49. Конструкция скважинного винтового насоса
Конструкция скважинного винтового насоса предусматривает использование двух уравновешенных винтов с правым 7 и левым 4 направлениями спирали. Винты изготовлены из титановых сплавов для увеличения износостойкости и полыми для уменьшения инерционных усилий (рис. 4.73).
Осевые усилия от винтов приложены к эксцентриковой соединительной муфте 5, расположенной между ними, и взаимно компенсируются. Привод винтов осуществляется от расположенного в нижней части электродвигателя через протектор 10, эксцентриковую пусковую муфту 9 и вал 8. Эксцентриковые муфты обеспечивают необходимое вращение винтов 4 и 7. Пусковая муфта осуществляет пуск насоса при максимальном крутящем моменте двигателя, отключает насос при аварийном выходе его из строя, предотвращает движение винта в противоположную сторону при обесточивании двигателя или неправильном подключении кабеля.
Прием жидкости из скважины ведется через две фильтровые приемные сетки 2, расположенные вверху верхнего и внизу нижнего винтов. Общий выход жидкости происходит в пространстве между винтами, дальше она проходит по кольцу между корпусом обоймы верхнего винта и кожухом насоса к многофункциональному предохранительному клапану 1 поршеньково-золотникового типа. Обойдя по сверлению предохранительный клапан, жидкость проходит в шламовую трубку и попадает в НКТ.
Предохранительный клапан перепускает жидкость в НКТ при спуске насоса в скважину и из НКТ при подъеме, а также перепускает жидкость из НКТ в затрубное пространство при остановках насоса, недостаточном притоке из пласта, содержании в жидкости большого количество газа, повышении устьевого давления выше регламентированной величины (объемный насос не может работать призакрытом выкиде). Шламовая труба представляет собой заглушенный сверху патрубок с боковыми отверстиями и предохраняет насос от попадания в него механических твердых частиц с поверхности и из откачиваемой жидкости при остановках. Шлам собирается меж ду внутренней поверхностью НКТ и наружной поверхностью шламовой трубы.
-234-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Вопрос 4.50. Принципиальные схемы закрытой и открытой ГПНУ
Тип принципиальной схемы циркуляции рабочей жидкости предопределяет способ возврата рабочей жидкости на поверхность. В установках с закрытой схемой жидкость после совершения ею полезной работы из гидродвигателя по отдельному каналу поднимается на поверхность. Продукция пласта, выходящая из скважинного насоса, поднимается по своему отдельному каналу.
-235-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
В установках с открытой схемой жидкость, выйдя из гидродвигателя, смешивается с жидкостью, выходящей из скважинного насоса, и поднимается на поверхность по общему каналу.
Недостатком первой схемы является большая металлоемкость, 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 утечками из системы привода.
Следует заметить, что производительность системы подготовки рабочей жидкости всей установки в значительной степени зависит от качества подготовки рабочей жидкости.
Установки с открытой схемой обладают меньшей металлоемкостью, так как предполагают каналы только для двух потоков жидкости - сверху вниз - рабочей, а снизу вверх - смеси рабочей и пластовой жидкости. Соответственно проще и оборудование 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. 4.74. 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). Скважинный насос 5 ГПНА, приво-
Рис. 4.74. Принципиальные схемы закрытой (а) и открытой (б) гидропоршневых насосных установок:
1 - электродвигатель; 2 - силовой насос; 3 - линия подачи рабочей жидкости; 4 - гидродвигатель; 5 - скважинный гидропоршневой насос;
6 - канал для отвода продукции скважины; 7 - канал для отвода рабочей жидкости; 8 - блок подготовки рабочей жидкости; 9 - трубопровод для подачи рабочей жидкости;
10 - трубопровод для отвода скважинной жидкости
-236-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
димый в действие двигателем 4 забирает пластовую жидкость из скважины и по колонне труб 6 направляет ее вверх. В установке с открытой схемой рабочая жидкость из мотора поднимается на поверхность по колонне труб б, а в установке с закрытой схемой - по отдельной колонне 7.
Вустановке с открытой схемой смесь пластовой и рабочей жидкости из колонны 6 направляется в устройство подготовки рабочей жидкости 8, из которого очищенная нефть по трубопроводу 9 поступает на прием силового насоса 2, а остальная часть потока вместе с отдельными примесями направляется в сборный промысловый коллектор.
Вустановке с закрытой схемой рабочая жидкость возвращается в буферную емкость устройства подготовки 8, откуда трубопроводом 9 направляется на прием силового насоса
2.Пластовая жидкость из колонны 7 отводится в сборный промысловый коллектор, а небольшая часть жидкости (1...2%) по трубопроводу 10 направляется в устройство подготовки 8 для компенсации потерь рабочей жидкости.
Блочные автоматизированные установки гидропоршневых насосов (У ГН) предназначены для добычи нефти из 2...8 кустовых наклонно-направленных скважин с внутренними диаметрами эксплуатационных колонн 117,7...155,3 мм. Установки можно применять для добычи нефти плотностью 870 кг/м3, содержащей до 99% воды, до 0,1 г/л механических примесей, до 0,01 г/л сероводорода, при температуре пласта до 120 °С.
Установки изготавливают в климатическом исполнении У, ХЛ.
Пример условного обозначения установки при заказе: установка гидропоршневых насосов УГН25-150-25, где УГН - установка гидропоршневых насосов; 25 - подача одного гидропоршневого агрегата, м3/сут; 150 - подача установки суммарная, м3/сут; 25 - давление нагнетания гидропоршневого агрегата при заданном давлении нагнетания рабочей жидкости, МПа.
Установка УГН (рис. 4.75) состоит из скважинного и наземного оборудования.
Принцип действия установки основан на использовании гидравлической энергии жидкости, закачиваемой под высоким давлением по специальному каналу в гидравлический забойный поршневой двигатель возвратно-поступательного действия, преобразующий эту энергию в возвратно-поступательное движение жестко связанного с двигателем поршневого насоса.
Скважинное оборудование включает в себя гидропоршневой насосный агрегат, размещенный в нижней (призабойной) части обсадной колонны, систему каналов, по которым подводится рабочая жидкость, отводится добытая и отработанная жидкость; устьевую арматуру
-237-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
и вспомогательные устройства: ловильную камеру, мачту с подъемным устройством и переключателем потока рабочей жидкости.
В состав наземного оборудования входят устройства для подготовки рабочей жидкости, насосы высокого давления, распределительная гребенка, которая служит для направления рабочей жидкости под заданным давлением с требуемым расходом к гидропоршневым насосным агрегатам, силовое и контрольно-регулирующее электрооборудование.
Использование гидропривода позволяет при небольшом давлении силового насоса применить погружной насос с высоким рабочим давлением или при небольшом расходе рабочей жидкости - с высокой подачей. Это достигается возможностью изменения в определенном диапазоне отношения эффективных площадей насоса и гидродвигателя
иустановкой поршней разного диаметра как в насосе, так и в гидродвигателе. Наземная станция установки УГН состоит из двух блоков: технологического и
управления.
Все оборудование наземной станции располагается в двух транспортабельных блоках-боксах размерами 3x12 и 3x6 м.
В технологическом блоке сепаратор вместимостью 16м3 располагается на «втором этаже», что обеспечивает создание силовым насосом гидростатического подпора около 1,5 м и позволяет разместить
-238-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
все остальное оборудование под газосепаратором и рядом с ним: три силовых насоса, из которых один - резервный, центробежные насосы, позволяющие спокойно встраивать установку в систему сбора с давлением до 2,5 МПа, гидроциклоны с циркуляцией рабочей жидкости, распределительную гребенку, многопоточный дозировочный насос, емкость с запасом, химреагентов.
Для привода гидропоршневого насоса применяются трех - или пятиплунжерные насосы высокого давления со специальным исполнением гидроблока, рассчитанные на продолжительную непрерывную работу с минимальным обслуживанием.
Вопрос 4.51. Принцип действия гидропоршневого насосного агрегата.
ГПНА по принципу действия скважинного насоса можно разделить на три группы соответственно с насосами одинарного, двойного и дифференциального действия (рис.
4.76).
Рабочая жидкость непрерывно нагнетается с поверхности силовым насосом насосного блока по каналу 3 в гидродвигатель 4. Золотник, совмещенный с гидродвигателем, переключает подачу рабочей жидкости поочередно в полости над и под поршнем 5 гидродвигателя и соответственно выход отработанной жидкости в канал 2 из полостей под и над поршнем. Так как давление нагнетаемой рабочей жидкости существенно больше давления отводной рабочей жидкости, то под действием перепада давления между этими полостями поршень гидродвигателя совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз.
Конструктивно золотник выполнен в виде фасонной втулки, которая перемещается в своем цилиндре с подводящими и отводящими каналами и управляется штоком 6 поршня гидродвигателя.
С поршнем 5 гидродвигателя шток 6 жестко связывает поршень 9 скважинного насоса 10, который также совершает возвратно-поступательное движение. Насос откачивает жидкость из скважины.
Внасосе одинарного действия (рис. 4.76, а) при ходе поршня 9 вверх нагнетательный клапан 13 закрыт, так как на него действует значительно большее давление со стороны линии 1 выхода скважинной жидкости. При ходе поршня 9 вниз закрывается всасывающий клапан 12 и открывается нагнетательный клапан 13, жидкость из цилиндра насоса 10 вытесняется в линию 1 выхода скважинной жидкости. Полость над поршнем через отверстие 8 сообщается с затрубным пространством скважины.
Внасосе двойного действия (рис. 4.76, б) подача скважинной жидкости происходит при ходе поршня 9 вверх и вниз, то есть при прочих
-239-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 4.76. Принципиальные схемы гидропоршневых насосов одинарного (а), двойного (б) и дифференциального (в) действия:
1 - выход скважинной жидкости; 2 - выход рабочей жидкости; 3 - вход рабочей жидкости; 4 - гидродвигатель с золотником; 5 - поршень гидродвигателя; 6 - шток; 7 - уплотнение штока; 8 - отверстие; 9 - поршень скважинного насоса;
10 - скважинный насос; 11 - вход скважинной жидкости; 12 - всасывающий клапан; 13 - нагнетательный клапан
равных условиях почти в 2 раза больше подачи насоса одинарного действия. В них, например, при ходе поршня вверх одновременно происходит всасывание в полость под поршнем и нагнетание жидкости в линию 1 из полости над поршнем.
Гидропоршневой насосный агрегат дифференциального типа (рис. 4.76, в) работает за счет перепада давления Ар, создаваемого разностью между давлением рабочей жидкости и давлением откачиваемой жидкости. Поршень 9 насоса 10 изготовлен сквозным, и в нем расположен нагнетательный клапан 13. Работает насос аналогично ШСН. Движение поршневой группы вниз происходит под действием силы, равной произведению этого перепада давления на площадь сечения штока. При этом закрывается всасывающий клапан 12, открывается нагнетательный клапан 13 и в канал 1 выталкивается часть откачиваемой жидкости в объеме штока 6, входящего в цилиндр насоса 10.
При крайнем нижнем положении поршневой группы посредством продольной канавки в штоке над и под золотником создается давление рабочей жидкости.
Поскольку нижняя головка золотника диаметром больше верхней, то золотник под действием разности сил (произведение давле-
- 240 –
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ния на площадь) поднимается вверх и сообщает полость над поршнем 5 двигателя с полостью выкида скважинкой жидкости 1.
Так как под поршнем двигателя всегда действует давление нагнетаемой рабочей жидкости, то на поршень 5 двигателя начинает действовать сила, обусловленная перепадом давления 
р, и система начнет движение вверх. При этом закрывается
нагнетательный клапан 13, открывается всасывающий клапан 12, происходит нагнетание сква-жинной жидкости и всасывание свежей порции в цилиндр насоса.
Различное расположение рабочих полостей в двигательной и насосной частях позволяет создать много схем ГПНА.
Реализованные серийные или опытные образцы представляют собой в основном агрегаты с двигателем и насосом двойного или дифференциального действия. Наиболее просты в конструктивном исполнении ГПНА дифференциального типа, однако, у агрегатов двойного действия более высокий коэффициент полезного действия и более плавный режим работы.
В настоящее время давление на выходе силового поверхностного насоса достигает 21 МПа, иногда его повышают до 35 МПа. В целом коэффициент полезного действия ГПНУ невысокий. Экономическая эффективность применения ГПНУ по сравнению с насосным оборудованием других типов возрастает
с увеличением глубины подвески ГПНА. ГПНУ позволяют эксплуатировать скважины с высотой подъема до 4500 м, с максимальным дебитом до 800 м3/сут при высоком содержании в скважинкой продукции воды (до 98%), песка (до 2%) и агрессивных компонентов. Увеличение высоты подъема и подачи можно достигнуть применением тандемов-агрегатов, у которых в одном корпусе монтируются два и более насосов, а также гидродвигателей, соединенных общим штоком, но работающих параллельно.
Перспективы применения ГПНУ связывают с эксплуатацией скважин, в которых работа штанговых насосов оказывается невозможной, а также при разбуривании месторождений кустами скважин, что позволяет обслуживать одной ГПНУ несколько ГПНА.
Вопрос 4.52. Схема работы и принцип действия диафрагменного насоса
Скважинные диафрагменные насосы предназначены для работы в условиях больших пескопроявлений (значительного содержания механических примесей) или для откачки агрессивных жидкостей, так как перекачиваемая жидкость соприкасается только с клапанами, диафрагмой и стенками рабочей полости. Подача У ЭДН составляет 4...16 м3/сут при напоре 650...1700м. Межремонтный период их при откачке агрессивных сред с массовым содержанием механических
-241-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 4.77. Схема диафрагменного насоса:
1 - двигатель; 2 - конический редуктор; 3 - кулачок-эксцентрик; 4 - рабочий плунжер; 5 – клапанный регулятор работы диафрагмы; б- диафрагма; 7 - клапан насоса.
-242-