Никишенко С.Л. Нефтегазопромысловое обрудование

Подождите немного. Документ загружается.

ния на площадь) поднимается вверх и сообщает полость над порш-

нем 5 двигателя с полостью выкида скважинкой жидкости 1.

Так как под поршнем двигателя всегда действует давление нагне-

таемой рабочей жидкости, то на поршень 5 двигателя начинает дей-

ствовать сила, обусловленная перепадом давления Ар, и система нач-

нет движение вверх. При этом закрывается нагнетательный клапан 13,

открывается всасывающий клапан 12, происходит нагнетание сква-

жинной жидкости и всасывание свежей порции в цилиндр насоса.

Различное расположение рабочих полостей в двигательной и на-

сосной частях позволяет создать много схем ГПНА.

Реализованные серийные или опытные образцы представляют

собой в основном агрегаты с двигателем и насосом двойного или диф-

ференциального действия. Наиболее просты в конструктивном ис-

полнении ГПНА дифференциального типа, однако, у агрегатов двой-

ного действия более высокий коэффициент полезного действия

и более плавный режим работы.

В настоящее время давление на выходе силового поверхностного

насоса достигает 21 МПа, иногда его повышают до 35 МПа. В целом

коэффициент полезного действия ГПНУ невысокий. Экономическая

эффективность применения ГПНУ по сравнению с насосным обору-

дованием других типов возрастает

с увеличением глубины подвески ГПНА. ГПНУ позволяют эксп-

луатировать скважины с высотой подъема до 4500 м, с максималь-

ным дебитом до 800 м

/сут при высоком содержании в скважинной

продукции воды (до 98%), песка (до 2%) и агрессивных компонен-

тов. Увеличение высоты подъема и подачи можно достигнуть приме-

нением тандемов-агрегатов, у которых в одном корпусе монтируют-

ся два и более насосов, а также гидродвигателей, соединенных общим

штоком, но работающих параллельно.

Перспективы применения ГПНУ связывают с эксплуатацией сква-

жин, в которых работа штанговых насосов оказывается невозможной,

а также при разбуривании месторождений кустами скважин, что по-

зволяет обслуживать одной ГПНУ несколько ГПНА.

Вопрос 4.52. Схема работы и принцип действия

диафрагменного насоса

Скважинные диафрагменные насосы предназначены для работы

в условиях больших пескопроявлений (значительного содержания

механических примесей) или для откачки агрессивных жидкостей,

так как перекачиваемая жидкость соприкасается только с клапана-

ми, диафрагмой и стенками рабочей полости. Подача УЭДН состав-

ляет 4... 16 м

/сут при напоре 650... 1700м. Межремонтный период их

при откачке агрессивных сред с массовым содержанием механических

-241-

Рис. 4.77. Схема диафрагменного насоса:

- двигатель; 2 - конический редуктор; 3 - кулачок-эксцентрик; 4 - рабочий плунжер;

5 - клапанный регулятор работы диафрагмы; 6- диафрагма; 7 - клапан насоса.

242

примесей до 1,8% существенно больше, чем межремонтный период

скважинных штанговых насосов и ЭЦН.

Наиболее важной особенностью глубинных диафрагменных насо-

сов является расположение всех рабочих органов насоса, кроме всасы-

вающего и нагнетательного клапанов, в маслозаполненной герметич-

ной камере. Эта камера отделена от добываемой жидкости гибкой ди-

афрагмой. Таким образом, воздействию добываемой жидкости подвер-

гается минимально возможное количество деталей глубинного насоса.

Схема диафрагменного насоса (рис. 4.77) - конструктивно объеди-

няет насосные узлы с маслозанолненным асинхронным электродвига-

телем. С ротором электродвигателя жестко связана ведущая шестерня

конического редуктора. На ведомой шестеренке смонтирован эксцен-

трик, создающий поступательное движение плунжеру насоса.

Возвратное движение плунжера осуществляется с помощью ци-

линдрической пружины. Все камеры электродвигателя и насоса,

вплоть до диафрагмы, заполнены жидким маслом. Для компенсации

изменения объема масла при нагреве в нижней части двигателя име-

ется резиновый мешок-сильфон. Количество масла, закачиваемого

рабочим поршнем под диафрагму, должно обеспечивать необходимую

величину перемещения диафрагмы, зависящую от условий эксплуа-

тации. Специальное клапанное устройство, связанное с движением

диафрагмы насоса, автоматически регулирует объем закачиваемого

масла. При лишнем количестве масла толкатель диафрагмы откры-

вает клапан сброса масла, при недостаточном - клапан поступления

масла. Шариковые всасывающий и нагнетательный клапаны диаф-

рагменного насоса смонтированы в его головке. В этой же головке

закреплены всасывающий и нагнетательный патрубки с пескоотде-

лителем. Добываемая жидкость поступает к всасывающему патруб-

ку 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 спосо-

бов добычи нефти, особенно в области эксплуатации наклонных сква-

жин. При использовании бесштанговых гидроприводных струйных на-

сосных установок вместо УСШН в скважинах со значительной кри-

визной ствола энергетические затраты существенно снижаются, а меж-

ремонтный период (МРП) скважинного оборудования увеличивается.

-243-

Компактность, высокие монтажеспособность, эффективность и сте-

пень унификации узлов позволяют применять гидроприводные на-

сосные установки при эксплуатации кустовых скважин в труднодос-

тупных районах Сибири и на морских месторождениях.

Изменение условий эксплуатации многих нефтяных месторож-

дений, связанное с увеличением числа объектов разработки в труд-

нодоступных северных районах и на континентальном шельфе, выз-

вало возрождение интереса к струйным насосным установкам.

Струйные насосы являются разновидностью гидроприводных

насосов, и они обладают всеми достоинствами этого вида оборудо-

вания.

Благодаря своим конструктивным особенностям струйные аппа-

раты отличаются высокой надежностью и эффективностью, особен-

но в осложненных условиях эксплуатации, например, при добыче

пластовой жидкости со значительным содержанием механических

примесей и коррозионно-активных веществ из наклонно направлен-

ных скважин.

К преимуществам струйных насосов относят их малые габариты,

большую пропускную способность и возможность стабильно отби-

рать пластовую жидкость с высоким содержанием свободного газа.

Кроме того, проста конструкция установок, отсутствуют движущие-

ся детали, возможно исполнение струйного насоса в виде свободно-

го, сбрасываемого агрегата.

В струйном насосе или инжекторе (рис. 4.78) поток откачивае-

мой 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 яв-

лению эжекции в рабочей камере, т.е. смешению скважинной жидко-

сти 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 Я

, создаваемый

насосом и равный разности напоров подаваемой жидкости за насо-

сом (сечение С-С) и перед ним (сечение А-А); расход рабочей жид-

кости (2

; полезная подача Q^. КПД струйного насоса равен отноше-

нию полезной мощности к затраченной и может достигать величины

КПД = 0,2...0,35:

-244-

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; 6 - диффузор;

/ - невозмущенная откачиваемая жидкость; // - 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 жид-

кость (в рабочем и кольцевом сопле и диффузоре).

Струйный насос работает следующим образом. При истечении

рабочей жидкости со скоростью V

из сопла в затопленное простран-

ство сразу за передним срезом сопла на поверхности струи возникает

область смешения. Быстрые частицы проникают в окружающий мед-

ленный поток невозмущенной жидкости, подсасываемый через коль-

цевой проход в камеру со скоростью V

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 L от рабочего сопла потоки

рабочей и откачиваемой жидкости уже полностью перемешаны. На

дальнейшем участке камеры смешения происходит только выравни-

вание профиля скоростей потока жидкости. Чаще всего в струйных

насосах применяют цилиндрические камеры смешения, технологи-

ческие простые в изготовлении и обеспечивающие относительно вы-

сокий КПД.

-245-

Для преобразования достаточно высокой скорости потока в ка-

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 значитель-

ной кинетической энергией. Откачивае-

мая жидкость поступает в ту же камеру

и увлекается струей рабочей жидкости

в горловину диффузора. В смесительной

камере и начале горловины диффузора

потоки жидкости смешиваются, и кине-

тическая энергия рабочей жидкости час-

тично передается откачиваемой. Далее

в диффузоре кинетическая энергия пре-

образуется в потенциальную, и смесь вы-

ходит из насоса с определенным давле-

нием. Все эти процессы сопровождают-

ся большой потерей энергии и поэтому

КПД насоса невелик.

Такие насосы широко и давно исполь-

зуются в промышленности и сельском

хозяйстве, в частности, для отбора воды

из неглубоких колодцев, скважин, котло-

ванов и для других подобных нужд.

В качестве рабочего агента использу-

ется пластовая вода с ППД. Давление ра-

бочего агента 9...17 МПа, глубина спуска

оборудования 600...2200 м, отбор инжек-

тируемой жидкости до 160 м

/сут, расход

рабочего агента 100 м

/сут.

Эти насосы не имеют движущихся и трущихся частей, поэтому

при небольших напорах они достаточно долговечны, даже при содер-

жании в откачиваемой жидкости механических примесей, песка.

Для очистки скважин от песчаных пробок был разработан глу-

бинный аппарат (рис. 4.79). Он состоит из сопла 5 и диффузора 2,3,4,

включающих износостойкую горловину 4, и начало раструба диффу-

зора 3. Последние две детали выполняются из износоустойчивой ста-

Рис.

4.79.

Струйный насос

-246-

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 сдво-

енных (концентричных) трубах. Внешний ряд труб соединяется

с насосом и между собой резьбой. Внутренний ряд имеет уплотнение -

резиновое кольцо, входящее в посадочное место, нижней детали (ме-

сто соединения показано на рис. 4.79). По кольцевому пространству

хруб к глубинному насосу подается рабочая жидкость. Она проходит

фильтр 1 и по каналам детали 6 подходит к соплу 5. Жидкость, от-

качиваемая 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, де-

талей 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 кратковремен-

ном прекращении отбора жидкости из скважины клапан 7 предотв-

ращает уход рабочей жидкости через сопло в скважину или жидко-

сти 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 от-

водится откачиваемая пульпа. Промывочный агрегат подает рабочую

жидкость по трубам, а затем по шлангу высокого давления к вертлю-

гу. На этом трубопроводе смонтирован перепускной кран для регу-

лировки режима работы струйного насоса.

Отводимая часть рабочей жидкости по шлангу подается в сква-

жину или в какую-либо емкость. По мере чистки пробки и спуска труб

подъемником их наращивают, используя сдвоенные трубы, подвезен-

ные 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-

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 кла-

панов.

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 цилин-

дра?

26. Режим работы скважинного насоса, динамограмма, деформа-

ция штанг.

27. Подача скважинных штанговых насосов, коэффициент по-

дачи.

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 - ка-

чалки?

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-

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 кла-

панов.

54. Область применения электровинтовых насосных установок.

55. По какому принципу соединены винтовые пары ЭВН?

56. Сравнение открытой и закрытой систем гидропоршневых на-

сосных установок.

57. Как осуществляется привод гидропоршневого насоса?

58. Какова компоновка электродиафрагменного насоса?

59. Принцип действия струйного насоса.

60. Область применения струйных насосов.

-249-

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 сква-

жин - подземный и капитальный ремонты, гидравлический разрыв,

промывка, кислотная обработка призабойной зоны и т. д.

Подземный ремонт скважин подразделяется на текущий и капи-

тальный. К текущему относятся работы, связанные с ремонтом из-

влекаемого подземного оборудования: колонны штанг, труб, насоса

и т. д. Капитальный ремонт скважин включает сложные работы, свя-

занные с ремонтом обсадной колонны и воздействием на пласт.

Все операции, составляющие процесс подземного и капитально-

го ремонта скважин, выполняются при помощи подъемников, вышек

или мачт, специализированного оборудования для очистки труб, про-

мывки скважин, обработки призабойной зоны пласта, инструментов

для выполнения ручных операций, а также средств механизации.

Все процессы подземного ремонта (рис.5.1.) обязательно включа-

ют в себя транспортные, спускоподъемные и заключительные опера-

ции. В балансе времени примерно 80 % приходится на указанные опе-

рации и 20 % на остальные.

Таким образом, совершенно разные по назначению нефтепромыс-

ловые 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 ра-

бочее положение сложенная мачта устанавливается гидравлически-

ми домкратами, выдвижение верхней секции производится вспомо-

гательной лебедкой агрегата через систему тросов. Мачта устанавли-

вается с наклоном 4...6°. Устойчивость мачты обеспечивается двумя

силовыми оттяжками, нижние концы которых закреплены на бампе-

ре и четырьмя ветровыми оттяжками, закрепленными на якорях, рас-

положенных по углам квадрата со стороной 28 м.

Для уменьшения натяжения каната, наматываемого на барабан

лебедки подъемника, которым осуществляются спускоподъемные

-250-