СПОСОБЫ ДОБЫЧИ НЕФТИ
| Артезианское фонтанирование | Фонтанирование за счет энергии газа | Газлифт | Центробежный погружной электронасос |
| Штанговый насос | Винтовой насос | Погружной диафрагменный электронасос | Гидропоршневой насос |
Гидропоршневой насос
Устройство и принцип дейтвия
Жестко со штоком двигателя связан поршень (плунжер) 4 скважинного насоса Н, который также совершает возвратно-поступательное движение. Цилиндр насоса имеет с обеих сторон по одному нагнетательному 5 и всасывающему 6 клапану. При ходе поршня 4 вниз пластовая жидкость под действием давления на глубине погружения насоса будет поступать в верхнюю полость цилиндра насоса, проходя по обводному каналу 7 и через верхний всасывающий клапан 6. Пластовая жидкость из нижней полости цилиндра при ходе поршня 4 вниз будет вытесняться через нижний нагнетательный клапан 5 в выкидной трубопровод 2 (кольцевое пространство), смешиваясь там с отработанной рабочей жидкостью. При ходе поршня 4 вверх в полости под поршнем будет происходить всасывание пластовой жидкости через нижний всасывающий клапан 6, а в полости над поршнем нагнетание пластовой жидкости через верхний нагнетательный клапан 5 в выкидной трубопровод 2, т. е. в кольцевое пространство.
Конструктивно золотник выполнен в виде фасонной втулки, сидящей на штоке двигателя, которая может перемещаться в своем цилиндре с подводящими и отводящими каналами. В верхней и нижней частях штока двигателя имеются короткие пазы — каналы, через которые рабочая жидкость попадает в цилиндр золотника и смещает фасонную втулку для сообщения полостей цилиндра двигателя с трубопроводами 1 и 2. Благодаря двойному действию подача насоса почти в 2 раза больше подачи обычного плунжерного насоса одинарного действия при прочих равных условиях (диаметр, ход, габарит).
Гидропоршневой насос дифференциального типа
Поскольку верхняя площадь поршня 4 больше нижней на величину площади штока, то сила, действующая сверху, будет больше, чем снизу, поэтому поршень 4 двигателя переместится вниз. Вместе с ним получит перемещение вниз плунжер 1 в насосном цилиндре. Нагнетательный клапан 2 в плунжере откроется. При крайнем нижнем положении поршня двигателя управляющий клапан 5 перекроется, и канал 7 закроется.
Верхняя полость двигателя через канал 8 и внутреннее сверление в теле штока получит сообщение с пространством над плунжером насоса и по обводному каналу с насосными трубами 9. Давление под поршнем двигателя будет нарастать, пока поршень не сделает ход вверх. При ходе вверх всасывающий клапан 3 откроется и цилиндр насоса будет заполняться пластовой жидкостью. В крайнем верхнем положении управляющий клапан механического действия снова откроет канал 7 и закроет канал 8. Произойдет ход вниз.
Применение различных сепарационных устройств в виде газовых якорей становится бесполезным. Это приводит к уменьшению коэффициента наполнения насоса.
Трехканальная схема имеет преимущество перед двухканалъной, так как отпадает необходимость отделения рабочей жидкости от пластовой, ее подготовка и регенерация для повторного использования. При трехканальной схеме сепарационные устройства и подготовка рабочей жидкости на поверхности сильно упрощаются.
Большим недостатком трехканальных или, как их называют, закрытых систем является большая металлоемкость установки, а следовательно, высокая стоимость оборудования скважины.
Современные УГН позволяют эксплуатировать скважины с высотой подъема до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м 3 /сут при высоком содержании в скважинной продукции воды.
Область применения установок:
— для добычи нефти из глубоких кустовых наклонно направленных скважин в заболоченных и труднодоступных районах Западной Сибири и других районах;
— внутренние диаметры эксплуатационных колонн скважин 117,7-155,3 мм.
Установки выпускаются для скважин с условным диаметром обсадных колонн 140, 146 и 168 мм.
Характеристики откачиваемой жидкости:
— плотность 870 кг/м 3
— кинематическая вязкость не более 15×10 -6 м 2 /с (15×10 -2 Ст);
— содержание механических примесей не более 0,1 г/л;
— сероводорода не более 0,01 г/л;
— попутной воды не более 99%;
— наличие свободного газа на приеме гидропоршневого насосного агрегата не допускается;
— температура откачиваемой жидкости в месте подвески агрегата не выше 120 о С.
Установка УГН (рисунок) состоит из скважинного и наземного оборудования.Скважинное оборудование включает:
— гидропоршневой насосный агрегат;
— однорядная или двухрядная колонна НКТ;
— 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,
— силовое и контрольно-регулирующее электрооборудование.
Рисунок Установка гидропоршневых насосов:
1 – замерное устройство;
2 2 – технологический блок;
3– блок управления;
4– оборудование устья скважины; 5 – НКТ;
6 – гидропоршневой насосный агрегат; 7 – пакер
Гидропоршневой агрегат (ГН) (рисунок ) разделяется на три части: собственно ГН, седло, сбрасываемый обратный клапан. Седло укрепляется на конце насосно-компрессорных труб (НКТ) и служит для посадки клапана и ГН при сбрасывании в НКТ.
ГН включает поршень насоса, жестко соединенный силовым штоком с поршнем двигателя, управляющее золотниковое устройство и клапаны — всасывающий и нагнетательный.Рабочая жидкость поступает в одну из полостей двигателя, создавая усилие, увлекающее поршень двигателя и соответственно поршень насоса вверх или вниз.При подходе поршня двигателя к крайнему положению золотник под механическим или гидравлическим воздействием поршня двигателя перемещается в противоположное положение, меняя направление движения рабочей и отработанной жидкостей в гидродвигателе. Это приводит к изменению направления поршневой группы.
Конструкцией ГН определяются основные параметры установки: подача, давление, расход рабочей жидкости, рабочее давление, к. п. д., глубина спуска в скважину, размер и конструкция лифта, надежность.
Насос, сбрасываемый в трубы, садится в седло, где уплотняется в посадочном конусе под воздействием рабочей жидкости, нагнетаемой в скважину по центральному каналу.
Рисунок — Схема гидропоршневого агрегата:
1 — колонна НКТ; 2 — гидропоршневой насос;
3 — золотник; 4 — седло насоса; 5 — поршень двигателя; 6 — узел распределения; 7 — поршень насоса; 8 — сбрасываемый клапан;
Установки УГН могут выполняться как с однорядным подъёмником, позволяющим использовать в качестве канала для подъёма жидкости кольцевое пространство между колонной НКТ и обсадной колонной, так и двухрядным, использующим кольцевое пространство между рядами НКТ.
Нефть из скважин всасывается через обратный клапан, направляется в кольцевое пространство. В это же пространство из двигателя поступает отработанная жидкость (нефть), т.е. по кольцевому пространству на поверхность поднимаются одновременно добываемая и рабочая жидкости.Смесь добытой и отработаннойжидкостей поступает в систему емкостей, где происходит отделение газа, воды, механических примесей. Очищенная рабочая жидкость под высоким давлением силового насоса направляется на гребенку для распределения по напорным наземным трубопроводам, а затем—в оборудование устья скважин, откуда при положении устьевого переключателя «работа»—в НКТ и далее в ГН, приводя его в действие.
После установки устьевого переключателя в положение «подъем» поток рабочей жидкости направляется в колонну, по которой при положении «работа» поднимается смесь добытой и отработанной жидкостей.Поток увлекает ГН вверх и доставляет в ловильную камеру устья. После перекрытия центральной задвижки, отсекающей камеру от внутрискважинного пространства, снимают ловильную камеру и извлекают ГН, а на его место вставляют новый насос; возвращают камеру в исходное положение, открывают центральную задвижку, ставят переключатель в положение «работа». Насос под действием собственного веса и потока рабочей жидкости двигается вниз, доходит до посадочного седла и начинает работать.
Для улучшения смазывающих свойств рабочей жидкости, борьбы с коррозией, ускорения дегазирования и деэмульсации, в поток жидкости с помощью специального дозировочного насоса, входящего в состав наземного оборудования, добавляют присадки, химические реагенты, ингибиторы.
Наземная станция установки УГН состоит из двух блоков: технологического и управления (рисунок).
Все оборудование наземной станции располагается в двух транспортабельных блоках-боксах размерами 3х12 и 3х6 м.
В технологическом блоке располагаются:
— сепаратор, располагается на «втором этаже», что обеспечивает создание силовым насосом гидростатического подпора около 1,5 м и позволяет разместить все остальное оборудование подгазосепаратором и рядом с ним;
— центробежные насосы, позволяющие спокойно встраивать установку в систему сбора с давлением до 2,5 МПа,
— гидроциклоны с циркуляцией рабочей жидкости,
— многопоточный дозировочный насос,
— емкость с запасом химреагентов.
Рисунок Гидравлическая наземная станция установки гидропоршневых насосов:
1 — технологический блок, 2 — сепаратор, 3 — блок управления, 4 — комплектные устройства защиты и управления; 5 — распределительная гребенка; 6 — герметичный подпорный насос; 7 — гидроциклон; 8 — силовой насос: 9 — батарея пожаротушения;
10 — технологический блок в транспортном положении
Для привода гидропоршневого насоса применяются трех- или пятиплунжерные насосы высокого давления со специальным исполнением гидроблока, рассчитанные на продолжительную непрерывную работу с минимальным обслуживанием.
Техническая характеристика технологического блока приведена ниже.
Вместимость сепаратора, м 3 . ……………………………………………. …16
Подача сепаратора, м 3 /с (м 3 /ч), не более ………………………………..……3,47·10 -3 (25)
Давление в сепараторе, МПа, не более ………………………………………….. 2,5
Коэффициент сепарации газа, не менее.. ……………………………………….0,98
Обводненность рабочей жидкости на выходе из сепаратора, % ………………до 25
Число электронасосных агрегатов, включая резервный ……………………….. 3
Давление нагнетания электронасосного агрегата, мПа не более . ……20
Содержание механических примесей в рабочей жидкости г/л не более . 0,032
Крупность зерна, не более, мкм . ………………………………………………..25
Содержание свободного газа в рабочей жидкости на входе в силовой насос,%, не более…2
Число подключаемых скважин . ……………………………………….……… 2-8
Рабочая жидкость распределяется по скважинам в необходимом количестве посредством гребенки с установкой на каждой линии, ведущей к скважине, регуляторов расхода и одного регулятора давления.Регулятор давления предназначен для предохранения рабочей гидросистемы от перегрузки и поддержания в ней установленного давления. Регулятор расхода обеспечивает постоянство расхода рабочей жидкости независимо от изменения давления на его входе и выходе.Оба регулятора—регуляторы непрямого действия. Основным регулирующим элементом служит золотник. Для нормальной работы золотника к качеству рабочей жидкости предъявляются следующие требования:
— чистое масло 12-го класса чистоты по ГОСТ 17216—71,
— содержание механических примесей не более 32 мг/л,
— размер частичек не более 25 мкм.
Пакерное устройство должно отвечать следующим требованиям:
выдерживать заданный перепад давления сверху вниз;
гидравлически устанавливаться и сниматься под давлением жидкости, подаваемой сверху по трубам;
автоматически отсоединяться от труб после пакеровки;
резиновые уплотнительные элементы пакера при его спуске не должны касаться поверхности обсадной колонны.
В комплект пакерного устройства входит набор инструментов для подготовки внутренней поверхности обсадной колонны, извлечения пакера. Внутренний канал пакера рассчитан на то, чтобы под давлением жидкости создавался уплотнительный контакт с хвостовиком седла ГН, спускаемого после установки пакера в скважине. Если предполагается эксплуатация заканчиваемой скважины с применением гидропоршневого насоса, то патрубок для хвостовика седла можно устанавливать в обсадной колонне стационарно, что исключает необходимость применения пакера при монтаже установки ГН.
Для откачки пластовой жидкости из скважин применяют гидропоршневые агрегаты сбрасываемого типа.
| Показатели | Установка | |||
| УГН25-150-25 | УГН40-250-20 | УГН100-200-18 | УГН160-380-15 | |
| Перекачиваемая среда | Пластовая жидкость с содержанием механических примесей не более 0,1 г/л (0,01%), сероводорода не более 0,01 г/л, попутной воды не более 99%, кинематической вязкостью не более 15 мм 2 /с, содержание свободного газа на приеме гидропоршневого агрегата не допускается | |||
| Суммарная подача установки, м 3 /с (м 3 /сут), не менее Давление нагнетания гидропоршневого агрегата, МПа, не более Подача одного гидропоршневого агрегата (насоса), м 3 /с (м 3 /сут), не более Давление нагнетания рабочей жидкости, МПа, не более Подача рабочих силовых электронасосных агрегатов, м 3 /с (м 3 /сут), не более Суммарная мощность установки, кВт Установленная мощность силовых электронасосных агрегатов, кВт Мощность рабочих силовых электронасосных агрегатов, кВт Давление пакеровкипакерного устройства, МПа Коэффициент применяемости, % Масса установки, кг | 1,73×10 -3 (150) 2,9×10 -4 (25) 3,49×10 -3 (302) 3,2×10 -3 (276)* 210 (185)* 165 (120)* 110 (80)* 47 500 | 2,8×10 -3 (240) 4,64×10 -4 (40) 5,55×10 -3 (480) 5,33×10 -3 (460,8) 47 500 | 2,31×10 -3 (200) 2,12×10 -3 (183) 1,16×10 -3 (100) 3,49×10 -3 (302) 3,2×10 -3 (276)* 210 (185)* 165 (120)* 110 (80)* 42 500 | 3,7×10 -3 (320) 1,86×10 -3 (160) 5,55×10 -3 (480) 5,33×10 -3 (460,8) 42 500 |
* При комплектации технологического блока установки силовыми электронасосными агрегатами 25РСР-3-60.
В комплект поставки установки входит следующее оборудование: блок технологический—1 компл.; блок управления—1 компл.; оборудование устья скважины—8 компл.; гидропоршневой агрегат—8 компл.; пакерное устройство—8 компл.; силовой электронасосный агрегат — 1 компл.
Для обеспечения автоматизации работы и управления установками используется блок управления. Техническая характеристика блока управления приведена ниже.
Частота, Гц, не более . ……………………….……50
цепи управления . …………………………….…220
Номинальный ток, А:
силовой цепи . ………………………………. 400, 630
цепи управления . …………………………….… 25
Сила тока электродинамической и термической устойчивости
комплектных устройств при сквозном коротком замыкании,
Установленная суммарная мощность, кВт, не более ..…. 210, 270
Масса, кг, не более . …. …………………………….. 7530
Для разобщения ствола скважин от продуктивного пласта при спуске, работе и подъеме гидропоршневого насоса используются пакерные устройства. Техническая характеристика пакерных устройств приведена ниже.
Рабочее давление (максимальный перепад сверху вниз), МПа 35
Давление пакеровки, МПа . ……………………………. 23
Диаметр проходного отверстия, мм, не более ……………. 62
Масса, кг, не более ……………………………………………. 200
Гидропоршневая насосная установка (рис.) состоит из поршневого гидравлического двигателя и насоса 13, устанавливаемого в нижней части труб 10, силового насоса 4, расположенного на поверхности, емкости 2 для отстоя жидкости и сепаратора 6 для её очистки.
Рис. Схема компоновки оборудования гидропоршневой насосной установки:
а – подъем насоса; б – работа насоса; 1 – трубопровод; 2 – емкость для рабочей жидкости; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – силовой насос; 5 – манометр; 6 – сепаратор; 7 – выкидная линия; 8 – напорный трубоопровод; 9 – оборудование устья скважины; 10 – 63 мм трубы; 11 – 102 мм трубы; 12 – обсадная колонна; 13 – гидропоршневой насос (сбрасываемый); 14 – седло гидропоршневого насоса; 15 – конус посадочный; 16 – обратный клапан; I — рабочая жидкость; II — добываемая жидкость; III — смесь отработанной и добытой жидкости
При необходимости подъема насоса изменяется направление нагнетания рабочей жидкости — её подают в кольцевое пространство. Различают гидропоршневые насосы одинарного и двойного действия, с раздельным и совместным движением добываемой жидкости с рабочей и т.д.
В настоящее время выпускаются установки:
Обозначения: УГН — установка гидропоршневых насосов; цифры после УГН — подача одного гидропоршневого насосного агрегата (м 3 /сут.); цифры после первого тире — суммарная подача установки (м 3 /сут.); цифры после второго тире — давление нагнетания агрегата (МПа); в конце указывается ТУ. Пример: УГН 160‑380-15 ТУ 26-16-233-88. Суммарная мощность установок 185¸270 кВт; КПД 45¸47%; масса не более 50000 кг.
Климатическое исполнение — У и ХЛ, категория размещения наземного оборудования — 1, погружного — 5 (ГОСТ 15150-69).
нефть, газ, добыча нефти, бурение, переработка нефти
4.6. Установки гидропоршневых насосов для добычи нефти (УГН)
Современные УГН позволяют эксплуатировать скважины с высотой подъема до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м 3 /сут. при высоком содержании в скважинной продукции воды.
Установки гидропоршневых насосов — блочные автоматизированные, предназначены для добычи нефти из двух — восьми глубоких кустовых наклонно направленных скважин в заболоченных и труднодоступных районах Западной Сибири и других районах. Откачиваемая жидкость кинематической вязкостью не более 15×10 -6 м2/с (15×10 -2 Ст) с содержанием механических примесей не более 0,1 г/л, сероводорода не более 0,01 г/л и попутной воды не более 99%. Наличие свободного газа на приеме гидропоршневого насосного агрегата не допускается. Температура откачиваемой жидкости в месте подвески агрегата не выше 120 о С.
Установки выпускаются для скважин с условным диаметром обсадных колонн 140, 146 и 168 мм.
Климатическое исполнение — У и ХЛ, категория размещения наземного оборудования — 1, погружного — 5 (ГОСТ 15150-69).
Гидропоршневая насосная установка (рис. 35) состоит из поршневого гидравлического двигателя и насоса 13, устанавливаемого в нижней части труб 10, силового насоса 4, расположенного на поверхности, емкости 2 для отстоя жидкости и сепаратора 6 для её очистки. Насос 13, сбрасываемый в трубы 10, садится в седло 14, где уплотняется в посадочном конусе 15 под воздействием струй рабочей жидкости, нагнетаемой в скважину по центральному ряду труб 10. Золотниковое устройство направляет жидкость в пространство над или под поршнем двигателя, и поэтому он совершает вертикальные возвратно-поступательные движения.
Нефть из скважин всасывается через обратный клапан 16, направляется в кольцевое пространство между внутренним 10 и наружным 11 рядами труб. В это же пространство из двигателя поступает отработанная жидкость (нефть), т.е. по кольцевому пространству на поверхность поднимается одновременно добываемая рабочая жидкость.
Рис. 35. Схема компоновки оборудования гидропоршневой насосной установки:
а – подъем насоса; б – работа насоса; 1 – трубопровод; 2 – емкость для рабочей жидкости; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – силовой насос; 5 – манометр; 6 – сепаратор; 7 – выкидная линия; 8 – напорный трубоопровод; 9 – оборудование устья скважины; 10 – 63 мм трубы; 11 – 102 мм трубы; 12 – обсадная колонна; 13 – гидропоршневой насос (сбрасываемый); 14 – седло гидропоршневого насоса; 15 – конус посадочный; 16 – обратный клапан; I — рабочая жидкость; II — добываемая жидкость; III — смесь отработанной и добытой жидкости
При необходимости подъема насоса изменяется направление нагнетания рабочей жидкости — её подают в кольцевое пространство. Различают гидропоршневые насосы одинарного и двойного действия, с раздельным и совместным движением добываемой жидкости с рабочей и т.д.
В настоящее время выпускаются установки:
Обозначения: УГН — установка гидропоршневых насосов; цифры после УГН — подача одного гидропоршневого насосного агрегата (м 3 /сут.); цифры после первого тире — суммарная подача установки (м 3 /сут.); цифры после второго тире — давление нагнетания агрегата (МПа); в конце указывается ТУ. Пример: УГН 160‑380-15 ТУ 26-16-233-88. Суммарная мощность установок 185¸270 кВт; КПД 45¸47%; масса не более 50000 кг.
