Поверхностное и устьевое оборудование. Рабочая жидкость и ее подготовка требование к ней. Преимущества и недостатки ГПНА

Область применения установок ГПН. Принципиальные схемы. Установки ГПН со свободным и фиксированным гидропоршневыми агрегатами (ГПНА). Основные схемы оборудования скважины. Гидропоршневые агрегаты.

Область применения:

Гидропоршневые установки позволяют эксплуатировать скважины с динамическим уровнем до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м3/сут при высоком содержании в пластовой жидкости воды (до 98%), песка (2%) и агрессивных компонентов.

Положительная особенность гидропоршневых установок – это возможность с поверхности регулировать количество отбираемой из скважины жидкости, изменяя количество рабочей жидкости, закачиваемой к приводу, и, меняя таким образом, режим работы погружного агрегата.

Скважинные гидропоршневые установки хорошо приспособлены для эксплуатации наклонно направленных скважин, т.к. они не имеют движущейся возвратно-поступательно штанговой колонны, как шианговые насосы, и кабеля рядом с трубами, который при спуске агрегата может повредиться, как у установок скважинных насосов с электропрриводом. К тому же, скважинный агрегат имеет небольшие размеры, что также играет не последнюю роль.

Применение т.н. сбрасываемых глубинных гидропоршневых агрегатов позволяет значительно облегчить спуско-подъемные работы.

Сбрасываемый агрегат спускается во внутреннюю полость НКТ, заполненных жидкостью, и проталкивается рабочей жидкостью, закачиваемой с поверхности. В нижней части колонны НКТ установлено седло, в которое агрегат запрессовывается потоком рабочей жидкости. Для подъема глубинного агрегата на поверхность поток рабочей жидкости направляют в межтрубное пространство, жидкость попадает под сваб глубинного агрегата и выталкивает его до поверхности. Чтобы рабочая жидкость не уходила в полость под пакером, в нем имеется обратный шаровой клапан. Таким образом, СПО осуществляются без подъема труб: не нужен подъемник и бригада подземного ремонта.

К недостаткам установок гидропоршневых насосов относится, прежде всего, наличие сложного поверхностного оборудования (особенно при необходимости подготовки рабочей жидкости), а следовательно необходима и высокая квалификация обслуживания. Также стоит учитывать и экономичность использования ГПНУ – например, нерентабельно использовать установки, когда эксплуатируется одна скважина (обычно ими оборудуют куст скважин)

Погружной агрегат ГПНУ состоит из трех основных элементов: поршневого гидравлического двигателя, плунжерного (поршневого) насоса, соединенных между собой штоком, и золотникового управляющкего устройства, привод которого осуществляется от соединительного штока. Действие ГПНУ основано на преобразовании энергии рабочей жидкости в возвратно-поступательное движение исполнительного механизма.

Назначение основных элементов (к которым, помимо вышеперечисленных, также относятся – колонны НКТ, блок подготовки рабочей жидкости и насосный блок): насосный блок преобразует механическую энергию приводного двигателя (электродвигатель или ДВС) в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости; гидропоршневой погружной насосный агрегат преобразует энергию рабочей жидкости в механическую энергию движения плунжеров двигателя и насоса, которая затем снова преобразуется в гидравлическую энергию потока откачиваемой пластовой жидкости. Колонны НКТ являются каналами для рабочей и пластовой жидкостей, а блок подготовки служит для очитки жидкости от газа, песка и воды перед использованием ее в качестве рабочей.

Скважинный погружной агрегат – принципиальная схема:

Погружной агрегат (рис. 4.2) является сложной гидравлической машиной, которая состоит из поршня и цилиндра двигателя 1, штока 2, соединяющего поршень двигателя с поршнем насоса, золотника 3, поршня и цилиндра насоса 4.

Рис. 4.2. Схема дифференциального погружного агрегата.

В агрегатах с насосом одинарного действия (рис. 4.2, а) шток с двумя поршнями совершает возвратно-поступательное движение в результате попеременной подачи жидкости из напорного трубопровода то в полость 3, то в полость 4. Жидкость направляется распределительным устройством – в результате, в насосе одинарного действия при ходе поршня вверх пластовая жидкость попадает через всасывающий клапан 1 в полость 6, а при ходе поршня вниз вытесняется через нагнетательный клапан 2 в напорный трубопровод. Клапаны 1 и 2 – самодействующие (чаще всего – шарикового типа). Полость 5 соединена с затрубным пространством с помощью отверстия, и при перемещении поршня вверх и вниз жидкость может свободно циркулировать.

В агрегатах двойного действия (рис. 4.2, б) при перемещении поршня насоса вверх пластовая жидкость попадает через клапан 1 в полость и вытесняется из полости 5 через клапан 2’. При ходе поршня вниз пластовая жидкость вытесняется из полости 6 через клапан 2 и поступает в полость 5 через клапан 1’. Таким образом, при каждом ходе поршня жидкость подается в напорный трубопровод.

В агрегатах с насосом дифференциального действия (рис. 4.3, в) поршень насоса выполнен сквозным с расположенным в нем нагнетательныим клапаном 2. При ходе поршня вниз всасывающий клапан 1 закрыт, из полости 5 и 6 в напорный трубопровод вытесняется объем жидкости, равный объему штока, находящегося в полостях, при ходе поршня вверх нагнетательный клапан 2 закрыт, а всасывающий 1 открыт. В результате пластовая жидкость вытесняется из полости 5 в напорный трубопровод и поступает в полость 6. Объемы пластовой жидкости, вытесняеиой в напорный трубопровод при ходе вверх и вниз, будет определяться соотношением площадей поперечного сечения поршня и штока насоса.

Рис. 4.3. Схемы насосов погружных агрегатов (а – насос одинарного действия; б – двойного действия; в – дифференциального действия)

1 – всасывающий клапан; 2 – нагнетательный клапан; 1’, 2’ – клапаны; 3, 4, 5, 6 – полости.

Поверхностное оборудование: состав, схема, основные узлы.

В состав наземного оборудования установок входят силовой насос с приводом, оборудование устья скважины и блок очистки РЖ (рис. 4.4).

Наиболее ответственным является силовой насосный агрегат: от его параметров напрямую зависят параметры ГПНА. Как правило, применяют трех- и пятиплунжерные горизонтальные или вертикальные насосы, мощность привода которых составляет от 14 до 300 кВт.

Для подбора агрегата, соответствующего требуемому режиму эксплуатации скважины, выпускаются насосы многих типоразмеров, каждый из которых имеет наборы плунжеров с уплотнениями различных диаметров (от 30 до 95 мм), позволяющим ступенчато изменять подачу насоса и обеспечивать максимальное давление до 35 МПа.

Блок подготовки РЖ имеет параметры, обусловленные, прежде всего, типом гидравлической схемы установки: закрытой или открытой. Для закрытой установки его производительность составляет 1-3% от подачи силового насоса, для открытой – до 50%.

Наземный насосный агрегат может применяться как для привода одного ГПНА, так и для нескольких, расположенных в различных скважинах. Для распределения жидкости между ними используются распределительные гребенки со стабилизаторами расхода РЖ.

Требования к рабочим жидкостям.

Как правило, в качестве рабочей жидкости используется сырая нефть, после того как из нее удалены свободный и растворенный газ, вода, абразив.

Высокие требования к качеству РЖ предопределяются, в конечном счете, долговечностью, которой должны обладать силовой насос и ГПНА. Невыполнение этого требования, например, в отошении содержания абразива будет приводить к интенсивному изнашиванию пар трения: плунжер-уплотнение в насосе, поршень-цилиндр, а также деталей золотника и клапанов в ГПНА. Если в РЖ будет повышенное содержание коррозионно-активных компонентов, то это может привести к коррозии внутренних полостей (в том числе и рабочих) гидросистемы.

На энергетические показатели установок большое влияние оказывает вязкость нефти – превышение определенного ее значения приводит к резкому снижению КПД, что обусловливается повышением потерь давления на жидкостное трение.

В установках ГПНА для добычи высоковязких нефтей в качестве РЖ используется вода со специальной присадкой, обеспечивающей хорошие смазывающие свойства и являющейся ингибитором коррозии. Применение ее приводит к увеличению КПД, но одновременно повышает требования к герметичности резьбовых соединений колонн НКТ.

Вопрос о рациональной степени очистки РЖ определяется на основании техноко-экономических расчетов, в основу которых закладываются, с одной стороны, стоимость подготовки РЖ, с другой – стоимость ремонта и замены оборудования, выход которого из строя и обусловлен качеством подготовки жидкости.

С учетом того, что ухудшение качества подготовки жидкости приводит к необходимости замены пар плунжер-уплотнение в силовом насосе и, как правило, всего агрегата на новый, то считается целесообразным, например, при применении открытых гидравлических схем РЖ отстаивать в резервуаре и доводить содержание абразива до 0,5 г/л.

Рекомендуемая литература:

В. Н. Ивановский и др. Оборудование для добычи нефти и газа. Часть 1 и часть 2. – М: ГУП Изд-во «Нефть и газ», 2002 г.

А. Г. Молчанов. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. – М: «Издательский дом Альянс», 2010 г.

В. И. Щуров. Технология и техника добычи нефти: Учебник для ВУЗов. – М: ООО ТИД «Альянс», 2005 г.

И. Т. Мищенко. Скважинная добыча нефти: Учебное пособие для ВУЗов. – М.: Изд-во «Нефть и газ», 2007 г.

Касьянов В. М. Гидромашины и компрессоры: Учебник для ВУЗов. – М.: Изд-во «Недра», 1981 г.

Контрольные вопросы:

1.Что такое гидропоршневые насосы?

2.Принцип работы насосов?

3.Облость применения гидропоршневых насосов?

4.Используемая рабочая жидкость?

5.Виды гидропоршневых насосов?

Глоссарий:

Насос - гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами или сжиженных газов.

Рабочая жидкость - жидкость, используемая как носитель энергии. В качестве рабочих жидкостей применяются минеральные, синтетические и полусинтетические масла, жидкости на силиконовой основе, водо-масляные эмульсии, масляно-водяные эмульсии.

Скважина — горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой много меньше ее глубины. Бурение скважин проводят с помощью специальногобурового оборудования

Дата добавления: 2014-01-07