5.Насосы для поддержания пластового давления

ОВН могут найти эффективное применение и в системах поддержания пластового давления в скважинах. Обычно для этих целей используются наземные насосы высокого давления типа ЦНС или установки электроцентробежных насосов, спущенных в скважину.

Использование ОВН наземного или скважинного исполнения позволит снизить эксплуатационные затраты и создать оптимальный режим закачки, поскольку регулируемый электропривод обеспечит дифференцированную подачу независимо от противодавления в скважине.

Предварительные расчеты показывают, что реально создание отечественных ОВН для нагнетания воды в пласт под давлением до 20 МПа с подачами: Q=50м3/сут. — вертикальный насос, монтируемый на устье скважины; Q=100-150м3/сут. — горизонтальный насос наземного расположения.

6.Гидроприводные винтовые насосы

В известных гидроприводных насосных установках нашли применение исключительно машины объемного типа с возвратно-поступательным движением рабочего органа (поршня). Практика применения гидропоршневых насосных агрегатов (ГПНА), выявила ряд их существенных преимуществ:

• отсутствие механической (посредством штанг) или электрической (посредством кабеля) связи источника энергии с погружным насосом;

• возможность эффективной эксплуатации скважин уменьшенного диаметра, а также наклонно направленных, эксплуатация которых другими механизированными способами затруднительна;

• возможность регулирования подачи погружного насоса;

• возможность обеспечения оптимального технологического режима эксплуатации, в частности плавный пуск скважин и поддержание заданной интенсивности отбора жидкости.

• возможность замены погружного агрегата без проведения трудоемких спускоподъемных операций, что позволяет кардинально упростить подземный ремонт скважин, сократить время простоя и уменьшить износ труб.

Вместе с тем особенности конструкции ГПНА (наличие золотникового распределения потока жидкости и пар трения «металл-металл» в РО) предопределяют особые требования к рабочей жидкости, нагнетаемой от поверхностного силового насоса. Многолетняя практика эксплуатации ГПНА в отечественной нефтедобыче подтвердила необходимость использования в качестве рабочей жидкости нефти, добываемой из скважины после ее специальной обработки (очистка от песка, отделение от воды и газа).

Как и у штанговых насосов, эксплуатационные качества ГПНА существенно снижаются при эксплуатации скважин, содержащих вязкие пластовые жидкости и имеющих высокий газовый фактор.

Опыт создания и внедрения отечественных ГПНА показывает, что, несмотря на определенные успехи в разработке этого оборудования, в силу своих объективных недостатков эти насосы до сих пор не нашли своей ниши в арсенале технических средств для механизированной добычи нефти. Отдельные образцы ГПНА эксплуатируются в настоящее время на промыслах Западной Сибири.

Новые перспективы создания гидроприводных насосных установок открылись в последние десятилетия, когда было освоено промышленное производство винтовых РО для забойных ВЗД и насосов [7].

Схема размещения ГВНА в скважине аналогична той, которая используется при эксплуатации ГПНА.

В качестве гидромотора с незначительными конструктивными изменениями могут использоваться серийно выпускаемые ВЗД диаметром 85-108 мм. Частота вращения этих двигателей 100-300 об./мин. при расходе жидкости 4-10 л/с, перепад давления 6-8 МПа.

В качестве РО насосной части ГВНА целесообразно использовать многозаходные винтовые насосные пары как наиболее соответствующие по своей частоте вращения характеристикам ВЗД. При наружном диаметре таких насосных пар 60-89 мм и указанных выше частотах вращения можно достичь широкого диапазона подач пластовой жидкости 5-100 м3/сут. Особенности рабочего процесса многозаходных насосов позволяют при этом развивать давление 10-15 МПа при длине пары всего 1,5-2 м.

Наземное оборудование, как и в случае использования ГПНА, состоит из типового ассортимента: силовой плунжерный насос, система подготовки рабочей жидкости (отстойники, сепараторы, устройства для разделения эмульсий, подогреватели), оборудование устья скважины, регулирующая и регистрирующая аппаратура.

На начальном этапе создания ГВНА наиболее целесообразным представляется использование конструкций сбрасываемого исполнения со смешанным лифтом в двух простейших компоновках: без уравновешивания (рис. 9, приложение А) и с частичным уравновешиванием осевых сил. Возможные типоразмеры таких ГВНА, которые могут быть реализованы на базе существующих в настоящее время отечественных многозаходных РО двигателей и насосов, представлены в таблице 1 [8].

Весьма симптоматично, что в конце 90-х годов западные нефтемашиностроительные компании также начали разрабатывать гидроприводные винтовые насосные установки. Так, компания Weatherford опубликовала информацию о создании двух типоразмеров ГВНА с частотой вращения 200-1200 об./мин. и подачей до 80 м3/сут.

Т аблица 1- Технические характеристики ГВНА

Таким образом, сегодня имеются серьезные основания практически рассмотреть вопрос о разработке и внедрении установок гидроприводных винтовых насосов, поскольку:

• накоплен опыт изготовления и эксплуатации основных узлов агрегата (многозаходных винтовых пар, шарниров, гибких валов, осевых опор, резьбовых соединений);

• увеличился удельный вес наклонно-направленных скважин, при эксплуатации которых использование традиционной техники механизированной добычи вызывает определенные проблемы;

• увеличился фонд скважин с трудноизвлекаемыми запасами, где предпочтительно применение насосов с регулируемой подачей.

Гидроприводные винтовые установки могут найти свое место в ряду технических средств для механизированной добычи нефти, так как они обладают рядом существенных технико-экономических преимуществ.

По сравнению с гидропоршневыми насосами:

• повышенной эксплуатационной надежностью и простотой конструкции (в связи с отсутствием клапанов и золотниковых распределителей);

• возможностью использования в качестве рабочей жидкости технической воды, что значительно упрощает систему подготовки жидкости;

• возможностью отборов пластовой жидкости высокой вязкости и повышенного газосодержания;

• отсутствием динамических нагрузок и гидравлических ударов, связанных с возвратно-поступательным движением рабочих органов.

По сравнению со штанговыми насосами:

• возможностью эксплуатации в скважинах со сложным профилем, включая наклонно-направленные с большой интенсивностью искривления;

• отсутствием необходимости в штангах;

• возможностью обеспечения оптимальных технологических режимов отбора путем регулирования подачи наземного силового насоса;

• простотой замены погружного агрегата и проведения ремонта скважины.

По сравнению с электропогружными насосами:

• отсутствием необходимости подвода электрического кабеля в скважину и применения системы гидрозащиты погружного электродвигателя;

• улучшенными пусковыми свойствами насосного агрегата.

7. Расчёт эксплуатации скважины винтовым насосом

7.1Исходные данные к работе:

1. Плотность, кг/м³:

- воды –1030

- сепарированной нефти –850

- газа в нормальных условиях –1

2. Коэффициент вязкости, м2/с∙10-5- нефти –5,1

3. Планируемый дебит скважины, м3/сутки –120

4. Обводненность продукции пласта, доли единицы –0,5

5. Газовый фактор, м3/ м3 –42

6. Объемный коэффициент нефти, ед. –1,23

7. Глубина расположения пласта (отверстий перфорации), м –2250

8. Пластовое давление МПа -11,2

9. Давление насыщения, МПа –5

10. Пластовая температура и температурный градиент, ºС –50, 0,02

11. Коэффициент продуктивности, м3/ МПа –21

12. Буферное (затрубное) давление, МПа –1,1/1,1

13. Содержание механических примесей, мг/л –110

14. Содержание сероводорода и углекислого газа –0

15. Размеры обсадной колонны, мм –130

16. Текущее объемное газосодержание –0,18

17. Эффективная вязкость смеси, м²/с*10^-5-4,1