Бойко B.C. Розробка та експлуатація нафтових родовищ

Подождите немного. Документ загружается.

Розроблено складну, але ґрунтовну, методику дослідження роботи

насоса та свердловини за три етапи: спочатку досліджують роботу

ЕВН на багатофазній суміші, яка надходить із пласта, а потім за

замкненою системою "ЕВН - піднімальні труби - затрубний простір -

ЕВН" — послідовно на воді та розгазованій нафті. Це дає змогу

додатково виявити вплив технічного стану, в'язкості перепомпову-

ваного середовища та газу на роботу насоса.

У випадку дослідження на неусталених режимах криву відновлення

вибійного тиску можна зняти шляхом опускання манометра в суфлер.

При цьому необхідно переконатися, що зворотний клапан герме-

тичний і манометр посаджено в суфлері.

Індикаторну лінію та криву відновлення тиску обробляють уже

відомими методами.

Точність дослідження істотно підвищується, якщо використовувати

спеціальний свердловинний давач тиску, а як канал зв'язку взяти

електричний кабель, який вже знаходиться у свердловині.

Особливості

експлуатації

свердловин

зануреними гвинтовими

електронасосами

Принципова схема устатковань гвинтових електронасосів (УЕГН)

аналогічна схемі УЕВН.

Основна відмітна особливість полягає у використанні гвинтового

насоса та тихохідного електродвигуна. Тихохідність (частота обер-

тання 1500 хв") порівняно з частотою обертання (2820 хв") електро-

двигуна, який використовують в УЕВН, досягається відповідними

з'єднаннями та вкладаннями статорної обмотки.

Розроблено устатковання типу УЕГНТ 5А (буква Т означає

тихохідний) на подавання 16...200 м /добу за напору 1200...900 м.

їх подавання менше залежить від величини напору. Вони виявилися

ефективними для роботи на в'язких рідинах (кінематичний коефіцієнт

-4 2

в'язкості до 6-10 м /с) за витратного газовмісту на вході в насос до 0,5.

551

Область застосування їх обмежена температурою до 30...70 С. Внаслі-

док теплового розширення це визначає різний натяг або зазор - посадку

гвинта в обоймі. Робочим органом гвинтового електронасоса (ЕГН) є

однозахідний черв'ячний гвинт

який обертається в обоймі 2 (їх переріз

показано на

рис.

9.16). Внутрішня поверхня обойми являє собою

двозахідну гвинтову поверхню, яка відповідає однозахідному гвинту.

Крок гвинтової поверхні Г

удвічі перевищує крок гвинта

tm,

тобто

trg.

Гвинт виготовлено зі сталі або з титанового стопу; обойма -

гумова

сталевому

корпусі.

Слабкою ланкою поки що є гумова обойма.

Обойма нерухома. Поперечні перерізи обойми в будь-якому місці

однакові, але повернуті один відносно одного навколо осі обойми

(центр Оі кола 3). Через відстань уздовж осі, що дорівнює 7^ ці

перерізи збігаються. Будь-який поперечний переріз гвинта є кругом з

діаметром

Центри

О2

цих кругів лежать на гвинтовій лінії, проекцію

яких на рис. 9.16 показано у вигляді кола 4 із центром Оз. Вісь

гвинтової лінії (яка відповідає центру Оз) є віссю обертання всього

гвинта. Відстань, на якій центр поперечного перерізу (круг) гвинта

розміщується від його осі, називають ексцентриситетом є.

Під час роботи насоса гвинт здійснює складний рух. Гвинт

обертається навколо осі, тобто кожний поперечний переріз гвинта

(круг) обертається навколо свого центра Ог. Одночасно вісь гвинта

(вісь гвинтової лінії) здійснює планетарний рух у зворотному напрямі

(обертається по колу 5 діаметром d=2e із центром О

і).

Картина руху

гвинта стає зрозумілою, якщо уявити собі нерухоме зубчасте колесо з

внутрішнім зачепленням по колу 6 діаметром D

4e,

по якому

котиться шестерня (коло 4 діаметром d=

2e),

причому сама шестерня

навколо осі котиться у зворотному напрямі.

552

Рисунок 9.16— Переріз гвинта

обойми насоса

За такого руху гвинта для перерізу насоса, який показано на

рис.

9.16, переріз гвинта за один оберт переміститься з крайнього

нижнього положення в крайнє верхнє

повернеться назад, а точка А на

контурі перерізу гвинта обертатиметься навколо центра Ог і

дотикатиметься до поверхні обойми. Переріз внутрішньої порожнини

обойми можна подати у вигляді двох розсунутих один відносно одного

на відстані D

4e півкругів діаметром D і двох спільних дотичних.

Тоді площа перерізу 7, що зайнята рідиною, яка відпомповувається, за

будь-якого положення перерізу гвинта дорівнює 4eD.

Гвинт і обойма по своїй довжині утворюють ряд послідовно

замкнених порожнин, оскільки гребінь спіралі гвинта по всій довжині

перебуває в неперервному дотику з обоймою. Ці порожнини під час

обертання гвинта пересуваються від входу в насос до виходу з нього.

Оскільки під час обертання гвинт в осьовому напрямі не рухається, то

рідина переміщується вздовж осі на відстань одного кроку за повороту

гвинта на один оберт.

553

Тоді теоретичне подавання насоса за один оберт

хвилинне теоретичне подавання

4eDT

і добове фактичне подавання

Q =

\440-4eDT

иосп =

5160eDT

na„,

(9.100)

де п - частота обертання вала, хв" ; о^, - коефіцієнт подавання

(об'ємний ККД) насоса, а

0,7...0,9.

Коефіцієнт подавання Оп враховує витікання рідини через лінію

дотику гребеня спіралі гвинта з внутрішньою поверхнею обойми, а

також наявність газу в суміші та усадку рідини.

За принципом дії гвинтовий насос аналогічний об'ємному, а за

способом передавання енергії

рідині

- ротаційному.

Конструкція свердловинного гвинтового насоса передбачає

використання двох зрівноважених гвинтів із правим і лівим напрямами

спіралі (рис. 9.17). Осьові зусилля від гвинтів прикладено до ексцен-

трикової з'єднувальної муфти, розміщеної між ними, і взаємно

компенсуються.

Гвинти приводяться в дію від розміщеного в нижній частині

електродвигуна через протектор, ексцентрикову пускову муфту та вал.

Ексцентрикові муфти забезпечують необхідне обертання гвинтів. За

допомогою пускової муфти здійснюється пуск насоса за макси-

мального крутного моменту двигуна, вимикання насоса в разі аварій-

ного виходу його з ладу, запобігання руху гвинта в протилежний бік у

разі знеживлення двигуна або в разі неправильного під'єднання кабеля.

554

Рисунок 9.17

—

Схема свердловинного гаинтового насоса: 1 - запобіжний клапан;

2 - фільгрові сітки; 3 - обойма верхнього насоса; 4 - робочий гвинт

верхнього насоса; 5 - шарнірні муфти; 6 - обойма нижнього насоса;

7 - робочий гвинт нижнього насоса; 8 - вал; 9 - пускова муфта;

10-прагектор

Рідина входить із свердловини в насос через дві фільтрові вхідні

сітки, які розміщено зверху верхнього і знизу нижнього гвинтів. Рідина

виходить через простір між гвинтами,

далі - по кільцю між корпусом

555

обойми верхнього гвинта і кожухом насоса до багатофункціонального

запобіжного клапана поршнево-золотникового типу. Обійшовши по

просвердленому отвору запобіжний клапан, рідина проходить у

шламову трубку

потрапляє в НКТ.

Запобіжний клапан пропускає рідину в НКТ під час опускання

насоса у свердловину і з НКТ - під час піднімання, а також перепускає

рідину з НКТ

затрубний простір у разі зупинки насоса, недостатнього

припливу з пласта, вмісту в рідині великої кількості газу, підвищення

тиску на гирлі понад регламентовану значину (об'ємний насос не може

працювати за закритого викиду).

Шламова труба являє собою заглушений зверху патрубок із

боковими отворами. Вона захищає насос від потрапляння в нього

механічних твердих частинок із поверхні та з відпомповуваної рідини

під час зупинок. Шлам збирається між внутрішньою поверхнею НКТ і

зовнішньою поверхнею шламової

труби.

Підбір насосів здійснюється аналогічно підбору ЕВН.

§ 9.9 Експлуатація свердловин

гідропоршневими

насосами

Відмітна особливість цього способу експлуатації полягає в тому, що

енергія з поверхні передається до зануреного поршневого насоса

потоком робочої рідини.

Гідропоршневе насосне устатковання (ГТТНУ) складається із

свердловинного насоса і гідродвигуна із золотниковим розподіль-

ником, що об'єднані в один агрегат - занурений гідропоршневий

насосний агрегат (ГПНА), а також з НКТ, блоку підготовки робочої

рідини і силового насосного блоку.

ГПНА за принципом дії свердловинного гідропоршневого насоса

(ГПН) можна поділити на три групи: із

насосами

одинарної,

подвійної

та диференціаіьноїдії(рис. 9.18,

а-в).

556

13,

tl.

Рисунок 9.18 -

3>C

t„

Принципові схеми гідропоршневих насосів дії. а

—

одинарної;

6 - подвійної;

- дифернціальної;

- вихід свердловинної рідини;

2 - вихід робочої

рідини,

3 - вхід робочої

рідини,

4 - гідродвигун

із золотником; 5 - поршень гідродвигуна; 6 - шток;

7 - ущільнення штока, 8 - отвір; 9 - поршень свердловинного

насоса, 10 - свердловинний насос; 11 - вхід свердловинної

рідини;

-всмоктувальний клапан;

- нагнітальний клапан

Робоча рідина безперервно запомповусться з поверхні силовим

насосом насосного блоку по каналу 3 у гідродвигун 4. Золотник, який

суміщено з гідродвигуном, переводить подавання робочої рідини під

високим тиском почергово в порожнину над і під поршнем 5

гідродвигуна і, відповідно, вихід відпрацьованої рідини в канал 2 із

порожнин під і над поршнем. У результаті поршень гідродвигуна

здійснює зворотно-поступальний рух вверх і вниз. Конструктивно

золотник виконано у вигляді фасонної втулки, яка переміщається в

циліндрі з підвідними і відвідними каналами і керує штоком 6 поршня

гідродвигуна. Із поршнем 5 гідродвигуна шток 6 жорстко пов'язує

поршень 9 свердловинного насоса 10, який також здійснює зворотно-

поступальний рух.

насосі одинарної

дії'(див.

рис. 9.18, а) під час руху поршня 9 вверх

нагнітальний клапан 13 закритий, оскільки на нього діє істотно вищий

557

тиск з боку лінії

виходу свердловинної рідини. Під час руху поршня 9

вниз закривається всмоктувальний клапан 12 і відкривається

нагнітальний клапан 13, рідина з циліндра насоса 10 витісняється в

лінію 1 виходу свердловинної рідини. Порожнина над поршнем через

отвір

сполучається із затрубним простором свердловини.

У насосі подвійної дії (див. рис. 9.18, 6) подавання свердловинної

рідини відбувається під час руху поршня 9 вверх і вниз, тобто за інших

рівних умов його подавання майже вдвічі перевищує подавання насоса

одинарної дії. У ньому, наприклад, під час руху поршня вверх

одночасно відбуваються всмоктування в порожнину під поршнем і

нагнітання рідини в лінію

із порожнини над поршнем.

Гідропоршневий насосний агрегат диференціального типу (див.

рис.

9.18, в) працює за рахунок перепаду тиску /Sp^ який створюється

різницею між тиском робочої рідини і тиском відпомповуваної рідини.

Поршень 9 насоса 10 виготовлено протічним із розміщеним у ньому

нагнітальним клапаном

13.

Працює насос аналогічно ШСН. Поршнева

група рухається вниз під дією сили, яка дорівнює добутку перепаду

тиску Др

на площу перерізу штока. При цьому закривається клапан

12,

відкривається клапан 13 і в піднімальний канал 1 виштовхується

частина відпомповуваної рідини в об'ємі штока 6, що входить у

циліндр насоса 10. За крайнього нижнього положення поршневої

групи через повздовжню канавку в штоці створюється тиск робочої

рідини над і під золотником. Оскільки діаметр нижньої головки

золотника перевищує діаметр верхньої, золотник під дією різниці сил

(добутку тиску на площу) піднімається вверх і сполучає порожнину

над поршнем

двигуна з порожниною викиду свердловинної рідини 1.

А оскільки під поршнем двигуна завжди є тиск запомповуваної

робочої рідини, на поршень 5 двигуна діє сила, що зумовлена

558

перепадом тиску Лр

і поршнева група починає рухатися вверх. При

цьому закривається клапан 13, відкривається клапан 12, відбуваються

нагнітання свердловинної рідини і всмоктування свіжої порції в

циліндр насоса.

Реалізовані серійні або дослідні взірці, в основному, являють собою

агрегати з двигуном і насосом подвійної або диференціальної дії.

Найпростішими в конструктивному виконанні є ПІНА диферен-

ціального типу, проте агрегати подвійної дії характеризуються вищим

ККД

і биизШ

плавним режимом роботи.

За тиі юм принципової

схеми

циркуляції робочої рідини розрізняють

відкриті та закриті ГИНУ. В устаткованнях із закритою схемою

робоча рідина з гідродвигуна і відпомповувана свердловинна рідина

піднімаються на поверхню по своїх окремих каналах відповідно в блок

підготовки та в нафтозбірний промисловий трубопровід; тому у

свердловині необхідно мати три окремих канали. В устаткованнях із

відкритою схемою робоча рідина, вийшовши з гідродвигуна,

змішується з продукцією свердловини і піднімається на поверхню по

спільному каналу. У цьому разі необхідно мати тільки два окремих

канали. Три канали можна створити трьома рядами НКТ або двома

рядами НКТ і пакером, а два канали - двома рядами НКТ або одним

рядом НКТ

пакером.

За способом опускання ПІНА у свердловину розрізняють ПІНУ

фіксовані (опускаються на колоні НКТ) і вільні (скидаються у

свердловину).

Для монтажу вільних ПІНА в нижній частині труб встановлюють

герметизуюче сідло, а на гирлі - вловлювач і спеціальну обв'язку, яка

уможливлює зміну напрямів потоків у колонах НКТ. Для опускання

агрегату колони НКТ заповнюють

рідиною,

після чого опускають агрегат,

559

який під дією потоку рідини, що подається силовим насосом,

опускається, встановлюється в герметизуючому сідлі та фіксується

замком. Гумові ущільнювальні манжети розміщено на ГПНА. Для

піднімання здійснюють зворотний потік рідини, під дією якого агрегат

виходить із замка і переміщається вверх до гирла, де захоплюється

вловлювачем.

Розглянуті схеми можуть поєднуватися по-різному. Це зумовлює

створення різних варіантів конструкції свердловинного обладнання.

Максимальний відбір рідини та простота встановлення досягаються

застосуванням схем фіксованих або вільних ГПНА

відкритих ПІНУ з

використанням одного ряду труб і пакера. У разі відкритої схеми

робочою рідиною є нафта, яку видобувають із свердловини. Для

відділення газу, води та механічних домішок застосовують сепаратори,

водовідстійники й іноді деемульгатори - ПАР.

Подавання гідропоршневого насоса подвійної дії можна записати як

суму подавань під час руху поршня вниз V\ і вверх

тобто за один

подвійний хід подавання

V„

0№

-J)S

(2F

-J)S (9.101)

або за

подвійних

ходів

як

добове фактичне подавання

e=1440(2F

-/)Sha

, (9.102)

де F

,f- площі поперечного перерізу відповідно циліндра насоса та

штока; S - довжина ходу поршня; ос„ - коефіцієнт подавання насоса,

який враховує різні витікання рідини, ненаповнення циліндра, вплив

газу, усадку нафти тощо.

Стійкість штока на стискання обмежує довжину ходу поршня 5 до

0,8 м, а інерція поршневої

групи,

золотника та рідини - кількість ходів

«до30...60хв .

560