нефтегазопромыслового оборудования методичка
.pdfvk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
примесей до 1,8% существенно больше, чем межремонтный период скважинных штанговых насосов и ЭЦН.
Наиболее важной особенностью глубинных диафрагменных насосов является расположение всех рабочих органов насоса, кроме всасывающего и нагнетательного клапанов, в маслозаполненной герметичной камере. Эта камера отделена от добываемой жидкости гибкой диафрагмой. Таким образом, воздействию добываемой жидкости подвергается минимально возможное количество деталей глубинного насоса.
Схема диафрагменного насоса (рис. 4.77) - конструктивно объединяет насосные узлы с маслозанолненным асинхронным электродвигателем. С ротором электродвигателя жестко связана ведущая шестерня конического редуктора. На ведомой шестеренке смонтирован эксцентрик, создающий поступательное движение плунжеру насоса.
Возвратное движение плунжера осуществляется с помощью цилиндрической пружины. Все камеры электродвигателя и насоса, вплоть до диафрагмы, заполнены жидким маслом. Для компенсации изменения объема масла при нагреве в нижней части двигателя имеется резиновый мешок-сильфон. Количество масла, закачиваемого рабочим поршнем под диафрагму, должно обеспечивать необходимую величину перемещения диафрагмы, зависящую от условий эксплуатации. Специальное клапанное устройство, связанное с движением диафрагмы насоса, автоматически регулирует объем закачиваемого масла. При лишнем количестве масла толкатель диафрагмы открывает клапан сброса масла, при недостаточном - клапан поступления масла. Шариковые всасывающий и нагнетательный клапаны диафрагменного насоса смонтированы в его головке. В этой же головке закреплены всасывающий и нагнетательный патрубки с пескоотделителем. Добываемая жидкость поступает к всасывающему патрубку через фильтр. Электродвигатель оснащен кабельным вводом для подсоединения специального кабеля. Система разборных уплотнений герметизирует основные узлы агрегата, упрощая его ремонт.
Наиболее ответственными узлами агрегата являются редуктор, диафрагма и клапаны.
Вопрос 4.53. Схема работы и принцип действия струйного насоса
В последние десятилетия ведутся активные поиски новых способов добычи нефти, особенно в области эксплуатации наклонных скважин. При использовании бесштанговых гидроприводных струйных насосных установок вместо УСШН в скважинах со значительной кривизной ствола энергетические затраты существенно снижаются, а межремонтный период (МРП) скважинного оборудования увеличивается.
-243-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Компактность, высокие монтажеспособность, эффективность и степень унификации узлов позволяют применять гидроприводные насосные установки при эксплуатации кустовых скважин в труднодоступных районах Сибири и на морских месторождениях.
Изменение условий эксплуатации многих нефтяных месторождений, связанное с увеличением числа объектов разработки в труднодоступных северных районах и на континентальном шельфе, вызвало возрождение интереса к струйным насосным установкам.
Струйные насосы являются разновидностью гидроприводных насосов, и они обладают всеми достоинствами этого вида оборудования.
Благодаря своим конструктивным особенностям струйные аппараты отличаются высокой надежностью и эффективностью, особенно в осложненных условиях эксплуатации, например, при добыче пластовой жидкости со значительным содержанием механических примесей и коррозионно-активных веществ из наклонно направленных скважин.
К преимуществам струйных насосов относят их малые габариты, большую пропускную способность и возможность стабильно отбирать пластовую жидкость с высоким содержанием свободного газа. Кроме того, проста конструкция установок, отсутствуют движущиеся детали, возможно исполнение струйного насоса в виде свободного, сбрасываемого агрегата.
В струйном насосе или инжекторе (рис. 4.78) поток откачиваемой жидкости перемещается от забоя скважины до устья скважины за счет получения энергии от потока рабочей жидкости, подаваемого поверхностным силовым насосом с устья скважины.
Нагнетание скважинной жидкости осуществляется благодаря явлению эжекции в рабочей камере, т.е. смешению скважинной жидкости с рабочим потоком жидкости, обладающим большой энергией, см. рис. 4.78.
Режим работы струйного насоса характеризуется следующими параметрами: рабочий напор Нр затрачиваемый в насосе и равный разности напоров рабочего потока на входе в насос (сечение В-В) и на выходе из него (сечение С-С), полезный напор НП , создаваемый насосом и равный разности напоров подаваемой жидкости за насосом (сечение С-С) и перед ним (сечение А-А); расход рабочей жидкости Q1; полезная подача Q0. КПД струйного насоса равен отношению полезной мощности к затраченной и может достигать величины КПД = 0,2...0,35:
= 0 ∙ П1 ∙ Р
-244-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 4.78. Схема струйного насоса (а) и движение жидкостей в нем (б): 1 - подвод откачиваемой жидкости; 2- подвод рабочей жидкости;
3 - входное кольцевое сопло; 4- рабочее сопло; 5- камера смешения; б - диффузор; I— невозмущенная откачиваемая жидкость; II - пограничный слой;
III - невозмущенная рабочая жидкость (ядро)
Такое значение КПД струйных насосов обусловлено большими потерями энергии, сопровождающими рабочий процесс: в камере смешения (на вихреобразование и гидравлическое трение жидкости о стенки камеры); в элементах насоса, подводящих и отводящих жидкость (в рабочем и кольцевом сопле и диффузоре).
Струйный насос работает следующим образом. При истечении рабочей жидкости со скоростью У(, из сопла в затопленное пространство сразу за передним срезом сопла на поверхности струи возникает область смешения. Быстрые частицы проникают в окружающий медленный поток невозмущенной жидкости, подсасываемый через кольцевой проход в камеру со скоростью Уо и передают ей энергию. Этот процесс, основанный на интенсивном вихреобразовании, происходит в непрерывно утолщающемся по длине струйном пограничном слое. Вместе с тем внутренняя область рабочей струи, а именно ее ядро и внешняя область невозмущенной подсасываемой жидкости - по стоянно уменьшаются и на расстоянии Ь от рабочего сопла потоки рабочей и откачиваемой жидкости уже полностью перемешаны. На дальнейшем участке камеры смешения происходит только выравнивание профиля скоростей потока жидкости. Чаще всего в струйных насосах применяют цилиндрические камеры смешения, технологические простые в изготовлении и обеспечивающие относительно высокий КПД.
-245-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Для преобразования достаточно высокой скорости потока в 1 мере смешения в давление поток направляется в диффузор.
Вопрос 4.54. Скважинный струйный насос
Струйный насос имеет два основных элемента: сопло и диффузор, состоящий иногда из нескольких деталей (см.
рис 4.79).
К соплу подается рабочая жидкость под большим давлением. Она выходит из сопла в камеру смешения со значительной кинетической энергией. Откачивамая жидкость поступает в ту же камер и увлекается струей рабочей жидкости в горловину диффузора. В смесительной камере и начале горловины диффузор потоки жидкости смешиваются, и кинетическая энергия рабочей жидкости частично передается откачиваемой. Далее в диффузоре кинетическая энергия преобразуется в потенциальную, и смесь вы ходит из насоса с определенным давлением. Все эти процессы сопровождаются большой потерей энергии и поэтом; КПД насоса невелик.
Такие насосы широко и давно используются в промышленности и сельское хозяйстве, в частности, для отбора воды из неглубоких колодцев, скважин, котлованов и для других подобных нужд.
В качестве рабочего агента используется пластовая вода с ППД. Давление рабочего агента 9...17 МПа, глубина спуска оборудования 600...2200 м, отбор инжектируемой жидкости до 160 м3/сут, расход рабочего агента 100 м3/сут. Эти насосы не имеют движущихся и трущихся частей, поэтому при небольших напорах они достаточно долговечны, даже при содержании в откачиваемой жидкости механических примесей, песка.
Для очистки скважин от песчаных пробок был разработан глубинный аппарат (рис. 4.79). Он состоит из сопла 5 и диффузора 2,3,4, включающих износостойкую горловину 4, и начало раструба диффузора 3. Последние две детали выполняются из износоустойчивой ста-
-246-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ли с высокой твердостью или из керамики, поскольку в этой части насоса жидкость с песком идет с большой скоростью (порядка 80... 120 м/сек).
Глубинный аппарат спускается в скважину на специальных сдвоенных (концентричных) трубах. Внешний ряд труб соединяется с насосом и между собой резьбой. Внутренний ряд имеет уплотнение -резиновое кольцо, входящее в посадочное место, нижней детали (место соединения показано на рис. 4.79). По кольцевому пространству труб к глубинному насосу подается рабочая жидкость. Она проходит фильтр 1 и по каналам детали 6 подходит к соплу 5. Жидкость, откачиваемая из скважины, проходит через фильтр 8 и обратный клапан 7 к смесительной камере, находящейся между соплом 5 и горловиной диффузора 4. При спуске аппарата до песчаной пробки он упирается в нее пятой 14. Если пробка не плотная, аппарат погружается в нее и начинает отбирать песчаную пульпу, поднимая ее на поверхность. Если пробка плотная, то при спуске аппарата пята поднимает шток 12 и шар клапана 10. Тогда рабочая жидкость проходит по каналам, деталей 9 и 11 к трем соплам 13. Жидкость, выходя из них, с большой скоростью размывает плотную песчаную пробку. Во время размыва пробки при снижении подачи струйного насоса или кратковременном прекращении отбора жидкости из скважины клапан 7 предотвращает уход рабочей жидкости через сопло в скважину или жидкости из труб через диффузор.
При чистке скважины от песчаной пробки струйный аппарат и сдвоенные трубы подвешивают на крюке в скважине. При помощи специального вертлюга к трубам подводится рабочая жидкость и отводится откачиваемая пульпа. Промывочный агрегат подает рабочую жидкость по трубам, а затем по шлангу высокого давления к вертлюгу. На этом трубопроводе смонтирован перепускной кран для регулировки режима работы струйного насоса.
Отводимая часть рабочей жидкости по шлангу подается в скважину или в какуюлибо емкость. По мере чистки пробки и спуска труб подъемником их наращивают, используя сдвоенные трубы, подвезенные на лафете.
Вопросы для самоконтроля
1.Конструкция и обозначения обсадных труб.
2.Материалы для изготовления обсадных труб, группы прочности.
3.Конструкция колонных головок.
4.Принцип подвески обсадных колонн в колонной обвязке.
5.Назначение и параметры фонтанных арматур.
6.Как производится подвеска НКТ в трубной головке?;
7.Классификация фонтанных арматур. Схемы.
8.Тройниковая фонтанная арматура, ее особенности.
9.Крестовиковая фонтанная арматура, ее особенности.
-247-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
10.Конструкция шиберных прямоточных задвижек.
11.Конструкция плашечных прямоточных задвижек.
12.Преимущества и недостатки клиновой задвижки.
13.Преимущества и недостатки пробкового крана.
14.Регуляторы дебита фонтанных арматур.
15.Как испытывается фонтанная арматура?
16.Назначение и конструкции манифольдов фонтанных арматур.
17.Принцип действия газлифта.
18.Конструкция и принцип действия пусковых газлифтных клапанов.
19.Схема расположения оборудования ШСНУ, назначение узлов.
20.Конструкция невставных скважинных насосов.
21.Конструкция вставных скважинных насосов.
22.Где в насосе расположен узел нагнетательного клапана?
23.Назначение и виды плунжеров.
24.От чего зависит зазор между плунжером и цилиндром?
25.Как обрабатывается рабочая поверхность плунжера и цилиндра?
26.Режим работы скважинного насоса, динамограмма, деформация штанг.
27.Подача скважинных штанговых насосов, коэффициент подачи.
28.Условия работы штанг, причины обрыва.
29.Конструкция НКТ.
30.Принцип расчета НКТ.
31.Кинематическая схема станка — качалки, назначение узлов.
32.Нагрузки в точке подвеса штанг.
33.Что такое кинематическое совершенство станка - качалки?
34.Назначение и сущность грузового уравновешивания.
35.От чего зависит мощность двигателя станка - качалки?
36.КПД штанговой насосной установки.
37.Типы и конструкции редукторов станков - качалок.
38.Конструкции балансирных станков - качалок.
39.Как проверить правильность уравновешивания станка - качалки?
40.Как смазывать шарнирные подшипниковые узлы?
41.Натяжение ремней клиноременной передачи.
42.Регулирование параметров работы станка - качалки.
43.Конструкция канатной подвески.
44.Назначение и конструкция устьевого оборудования.
45.Сравнительная характеристика УЭЦН и ШСНУ.
46.Схема УЭЦН, назначение узлов.
47.От чего зависит подача и напор УЭЦН?
-248-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
48.Назначение текстолитовых шайб в рабочих колесах насоса.
49.В чем особенность модульных насосов?
50.Назначение и принцип работы гидрозащиты электродвигателя.
51.Как проверяется герметичность муфты кабельного ввода?
52.Какое значение должна иметь изоляция кабеля?
53.Назначение и принцип работы обратного и спускного клапанов.
54.Область применения электровинтовых насосных установок.
55.По какому принципу соединены винтовые пары ЭВН?
56.Сравнение открытой и закрытой систем гидропоршневых насосных установок.
57.Как осуществляется привод гидропоршневого насоса?
58.Какова компоновка электродиафрагменного насоса?
59.Принцип действия струйного насоса.
60.Область применения струйных насосов
-249-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Тема 5 ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ
РЕМОНТА СКВАЖИН
Вопрос 5.1. Классификация видов ремонта и операций в скважинах
Цикл эксплуатации нефтяной скважины состоит из следующих последовательно выполняемых процессов:
а) отбор пластовой жидкости, т. е. эксплуатация скважин; б) поддерживание технологического режима эксплуатации скважин - подземный и
капитальный ремонты, гидравлический разрыв, промывка, кислотная обработка призабойной зоны и т. д.
Подземный ремонт скважин подразделяется на текущий и капитальный. К текущему относятся работы, связанные с ремонтом извлекаемого подземного оборудования: колонны штанг, труб, насоса и т. д. Капитальный ремонт скважин включает сложные работы, связанные с ремонтом обсадной колонны и воздействием на пласт.
Все операции, составляющие процесс подземного и капитального ремонта скважин, выполняются при помощи подъемников, вышек или мачт, специализированного оборудования для очистки труб, промывки скважин, обработки призабойной зоны пласта, инструментов для выполнения ручных операций, а также средств механизации.
Все процессы подземного ремонта (рис.5.1.) обязательно включают в себя транспортные, спускоподъемные и заключительные операции. В балансе времени примерно 80 % приходится на указанные операции и 20 % на остальные.
Таким образом, совершенно разные по назначению нефтепромысловые процессы имеют много общего по составляющим операциям.
Вопрос 5.2. Талевая система
Мачты подъемных установок двухсекционные, телескопические с открытой передней гранью изготовлены из трубного проката. В рабочее положение сложенная мачта устанавливается гидравлическими домкратами, выдвижение верхней секции производится вспомогательной лебедкой агрегата через систему тросов. Мачта устанавливается с наклоном 4...6°. Устойчивость мачты обеспечивается двумя силовыми оттяжками, нижние концы которых закреплены на бампере и четырьмя ветровыми оттяжками, закрепленными на якорях, расположенных по углам квадрата со стороной 28 м.
Для уменьшения натяжения каната, наматываемого на барабан лебедки подъемника, которым осуществляются спускоподъемные
-250-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
операции при ремонте скважин, применяют талевую систему, представляющую обыкновенный полиспаст. Уменьшение натяжения каната достигается, таким образом, за счет уменьшения скорости спуска или подъема груза.
-251-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Талевая система состоит из неподвижной части - кронблока, устанавливаемого на вышке или мачте, и подвижной части - талевого блока.
Шкивы кронблока и тальблока попеременно огибает талевый канат, один конец которого направляется к барабану лебедки, на котором его закрепляют, а другой конец, называемый «мертвым», прикрепляют к верхней серьге талевого блока либо рамному брусу вышки или боковой стенке станины лебедки.
Кронблоки эксплуатационные являются неподвижной частью талевой системы.
Кронблоки КБН предназначены для работы в районах с умеренным климатом, типа КБ - в умеренном и холодном климате.
Последние изготавливаются двух видов:
-исполнение I - для передвижных подъемных установок и стационарных эксплуатационных мачт;
-исполнение II - с подкронблочной рамой для стационарных эксплуатационных вышек.
В зависимости от грузоподъемности кронблоки выпускаются с различным числом канатных шкивов, устанавливаемых на подшипниках качения. Конструктивно кронблоки всех грузоподъемностей
Рис. 5.2. Кронблок:
1 - траверса; 2 - шкив; 3 - бурт; 4 - ось; 5 - кожух; 6 – рама
-252-