Меню Рубрики

Установка гидропоршневого скважинного насоса

Установки гидропоршневых насосов для добычи нефти

Конструктивно гидропоршневая насосная установка (ГПНУ) представляет собой: скважинный насос и гидродвигатель, объединенные в один агрегат – гидропоршневой погружной насосный агрегат (ГПНА), колонны насосно-компрессорных труб, блок подготовки рабочей жидкости и насосный блок.

Назначение этих элементов: насосный блок преобразует энергию приводного двигателя (электродвигатель или ДВС) в механическую энергию потока рабочей жидкости, гидропоршневой погружной насосный агрегат преобразует энергию рабочей жидкости в энергию откачиваемой пластовой жидкости, система колонн НКТ является каналами для рабочей и пластовой жидкостей, а блок подготовки рабочей жидкости служит для очистки пластовой жидкости от газа, песка и воды перед использованием ее в качестве рабочей в силовом насосе.

Гидропоршневые установки позволяют эксплуатировать скважины с динамическим уровнем до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м 3 /сут при высоком содержании в пластовой жидкости воды (до 98 %), песка (до 2 %) и агрессивных компонентов.

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.

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 (рисунок 8.1) 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.

Рисунок 8.1 – 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 трубопровод; 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 изменяют направление нагнетания рабочей жидкости — её подают в кольцевое пространство. Различают гидропоршневые насосы одинарного и двойного действия, с раздельным и совместным движением добываемой жидкости и 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.

Гидропоршневые насосные установки различаются:

по типу принципиальной схемы циркуляции рабочей жидкости (открытая или закрытая);

по принципу действия скважинного насоса (одинарного, двойного действия или дифференциальный);

по принципу работы гидродвигателя (дифференциального или двойного действия);

по способу спуска погружного агрегата (спускаемые на колонне НКТ – фиксированные или свободные – сбрасываемые в скважину);

по числу ГПНА, обслуживаемых одной наземной установкой (индивидуальные или групповые).

Тип принципиальной схемы циркуляции рабочей жидкости предопределяет способ возврата рабочей жидкости на поверхность. В установках с закрытой схемой жидкость после совершения ею полезной работы из гидродвигателя по отдельному каналу поднимается на поверхность. Продукция пласта, выходящая из скважинного насоса, поднимается по своему отдельному каналу.

В установках с открытой схемой жидкость, выйдя из гидродвигателя, смешивается с жидкостью, выходящей из скважинного насоса, и поднимается на поверхность по общему каналу.

Недостатком первой схемы является большая металлоемкость, поскольку от устья к погружному агрегату необходимо спустить три герметичных трубопровода: для подачи рабочей жидкости к агрегату, для ее отвода и для подъема пластовой жидкости. Достоинством этой схемы являются незначительные потери рабочей жидкости, определяемые только лишь утечками из системы привода. Следует заметить, что производительность системы подготовки рабочей жидкости всей установки в значительной степени зависит от качества подготовки рабочей жидкости.

Установки с открытой схемой обладают меньшей металлоемкостью, так как предполагают каналы только для двух потоков жидкости – сверху вниз – рабочей, а снизу вверх – смеси рабочей и пластовой жидкости. Соответственно проще и оборудование устья. Недостатком этой системы является необходимость обработки большого количества рабочей жидкости, что требует применения сложных и высокопроизводительных систем для ее подготовки.

Читайте также:  Установка замков в н тагиле

В состав наземного оборудования установок входят силовой насос с приводом, оборудование устья скважины и блок очистки рабочей жидкости.

Наиболее ответственной частью наземного оборудования является силовой насосный агрегат, от его параметров в прямой зависимости находятся параметры ГПНА. Как правило, применяются трех- и пятиплунжерные горизонтальные или вертикальные насосы, мощность привода которых в большинстве случаев составляет от 14 до 300 кВт.

Для подбора агрегата, соответствующего требуемому режиму эксплуатации скважины, выпускаются насосы многих типоразмеров, причем каждый из них имеет наборы плунжеров с уплотнениями различных диаметров (от 30 до 95 мм), позволяющими ступенчато изменять подачу насосов (от 130 до 1700 л/мин) и обеспечивать максимальное давление до 35,0 МПа. Число ходов плунжеров составляет 300 – 450 в минуту. Для уменьшения числа оборотов вала насоса применяются понижающие редукторы.

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 рабочей жидкости.

Блок подготовки рабочей жидкости имеет параметры, обусловленные, прежде всего, типам гидравлической схемы установки: закрытой или открытой. В первом случае его производительность составляет 1 – 3% от подачи силового насоса, во втором – до 50 %.

Как правило, в качестве рабочей жидкости используется сырая нефть, после того как из нее удалены свободный и растворенный газ, вода, абразив. Если подготовка рабочей жидкости в малых количествах при использовании закрытых схем не вызывает трудностей, то очистка ее для установок с открытой схемой достаточно сложна.

Высокие требования к качеству рабочей жидкости предопределяются в конечном счете долговечностью, которой должны обладать и силовой насос и ГПНА. Невыполнение этого требования, например, в отношении содержания абразива будет приводить к интенсивному изнашиванию пар трения; плунжер – уплотнение в насосе, поршень –цилиндр, детали золотника и клапанов в ГПНА, увеличение содержания коррозиониоактивных компонентов – к коррозии внутренних полостей, в том числе и рабочих поверхностей, гидросистемы.

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

В настоящее время в установках ГПНА для добычи высоковязких нефтей в качестве рабочей жидкости используется вода со специальной присадкой, обеспечивающей хорошие смазывающие свойства и являющейся ингибитором коррозии. Применение ее приводит кувеличению к. п. д., но одновременно повышает требования к герметичности резьбовых соединений колонн насосно-компрессорных труб.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Гидропоршневые насосные установки (ГПНУ)


Принцип работы гидропоршневых насосных установок

Тип принципиальной схемы циркуляции рабочей жидкости предопределяет способ возврата рабочей жидкости на поверхность. В установках с закрытой схемой жидкость после совершения ею полезной работы из гидродвигателя по отдельному каналу поднимается на поверхность. Продукция пласта, выходящая из скважинного насоса, поднимается по своему отдельному каналу.

В установках с открытой схемой жидкость, выйдя из гидродвигателя, смешивается с жидкостью, выходящей из скважинного насоса , и поднимается на поверхность по общему каналу.

Недостатком первой схемы является большая металлоемкость, поскольку от устья к погружному агрегату необходимо спустить три герметичных трубопровода: для подачи рабочей жидкости к агрегату, для ее отвода и для подъема пластовой жидкости. Достоинством этой схемы являются незначительные потери рабочей жидкости, определяемые только лишь утечками из системы привода.

Следует заметить, что производительность системы подготовки рабочей жидкости всей установки в значительной степени зависит от качества подготовки рабочей жидкости.

Установки с открытой схемой обладают меньшей металлоемкостью, так как предполагают каналы только для двух потоков жидкости — сверху вниз — рабочей, а снизу вверх — смеси рабочей и пластовой жидкости. Соответственно проще и оборудование устья. Недостатком этой системы является необходимость обработки большого количества рабочей жидкости, что требует применения сложных и высокопроизводительных систем для ее подготовки.

Принципиальные схемы установок обоих типов приведены на рис. 4.74. В каждой из них двигатель 1 приводит в действие силовой насос 2, который по колонне труб 3 подает рабочую жидкость к двигателю 4 гидропоршневого агрегата (ГПНА). Скважинный насос 5 ГПНА, приводимый в действие двигателем 4 забирает пластовую жидкость из скважины и по колонне труб 6 направляет ее вверх. В установке с открытой схемой рабочая жидкость из мотора поднимается на поверхность по колонне труб 6, а в установке с закрытой схемой — по отдельной колонне 7.


Рис. 4.74. Принципиальные схемы закрытой (а) и открытой (б) гидропоршневых насосных установок : 1 — электродвигатель; 2 — силовой насос; 3 — линия подачи рабочей жидкости; 4 — гидродвигатель; 5 — скважинный гидропоршневой насос; 6 — канал для отвода продукции скважины; 7 — канал для отвода рабочей жидкости; 8 — блок подготовки рабочей жидкости; 9 — трубопровод для подачи рабочей жидкости; 10 — трубопровод для отвода скважинной жидкости

В установке с открытой схемой смесь пластовой и рабочей жидкости из колонны 6 направляется в устройство подготовки рабочей жидкости 8, из которого очищенная нефть по трубопроводу 9 поступает на прием силового насоса 2, а остальная часть потока вместе с отдельными примесями направляется в сборный промысловый коллектор.

Читайте также:  Установка расширителя открытого типа

В установке с закрытой схемой рабочая жидкость возвращается в буферную емкость устройства подготовки 8, откуда трубопроводом 9 направляется на прием силового насоса 2. Пластовая жидкость из колонны 7 отводится в сборный промысловый коллектор, а небольшая часть жидкости (1. 2%) по трубопроводу 10 направляется в устройство подготовки 8 для компенсации потерь рабочей жидкости.

Блочные автоматизированные установки гидропоршневых насосов (УГН) предназначены для добычи нефти из 2. 8 кустовых наклонно-направленных скважин с внутренними диаметрами эксплуатационных колонн 117,7. 155,3 мм. Установки можно применять для добычи нефти плотностью 870 кг/м3, содержащей до 99% воды, до 0,1 г/л механических примесей, до 0,01 г/л сероводорода, при температуре пласта до 120°С.

Установки изготавливают в климатическом исполнении У, ХЛ.

Пример условного обозначения установки при заказе: установка гидропоршневых насосов УГН25-150-25, где УГН — установка гидропоршневых насосов; 25 — подача одного гидропоршневого агрегата, м3/сут; 150 — подача установки суммарная, м3/сут; 25 — давление нагнетания гидропоршневого агрегата при заданном давлении нагнетания рабочей жидкости, МПа.

Установка УГН ( рис. 4.75 ) состоит из скважинного и наземного оборудования.


Рис. 4.75. Установка гидропоршневых насосов: 1 — замерное устройство; 2 — технологический блок; 3 — блок управления; 4 — оборудование устья скважины; 5 — НКТ; 6 — гидропоршневой насосный агрегат; 7 — пакер

Принцип действия установки основан на использовании гидравлической энергии жидкости, закачиваемой под высоким давлением по специальному каналу в гидравлический забойный поршневой двигатель возвратно-поступательного действия, преобразующий эту энергию в возвратно-поступательное движение жестко связанного с двигателем поршневого насоса.

Скважинное оборудование включает в себя гидропоршневой насосный агрегат, размещенный в нижней (призабойной) части обсадной колонны, систему каналов, по которым подводится рабочая жидкость, отводится добытая и отработанная жидкость; устьевую арматуру и 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, распределительная гребенка, которая служит для направления рабочей жидкости под заданным давлением с требуемым расходом к гидропоршневым насосным агрегатам, силовое и контрольно-регулирующее электрооборудование.

Использование гидропривода позволяет при небольшом давлении силового насоса применить погружной насос с высоким рабочим давлением или при небольшом расходе рабочей жидкости — с высокой подачей. Это достигается возможностью изменения в определенном диапазоне отношения эффективных площадей насоса и гидродвигателя и установкой поршней разного диаметра как в насосе, так и в гидродвигателе.

Наземная станция установки УГН состоит из двух блоков: технологического и управления.

Все оборудование наземной станции располагается в двух транспортабельных блоках-боксах размерами 3×12 и 3×6 м.

В технологическом блоке сепаратор вместимостью 16 м 3 располагается на «втором этаже», что обеспечивает создание силовым насосом гидростатического подпора около 1,5 м и позволяет разместить все остальное оборудование под газосепаратором и рядом с ним: три силовых насоса, из которых один — резервный, центробежные насосы, позволяющие спокойно встраивать установку в систему сбора с давлением до 2,5 МПа, гидроциклоны с циркуляцией рабочей жидкости, распределительную гребенку, многопоточный дозировочный насос, емкость с запасом, химреагентов.

Для привода гидропоршневого насоса применяются трех- или пятиплунжерные насосы высокого давления со специальным исполнением гидроблока, рассчитанные на продолжительную непрерывную работу с минимальным обслуживанием.

источник

Гидропоршневые насосны

Одним из путей решения проблемы эксплуатации глубоких, искривленных скважин является использование скважинных насосов (объемного или динамического действия), приводимых в работу потоком жидкости, нагнетаемой насосной станцией. То есть, мы используем поток жидкости для привода насоса, расположенного в скважине.

В качестве внутрискважинного насосного блока (гидродвигатель-скважинный насос) можно использовать:

— поршневой гидродвигатель – поршневой насос. Если направление потока жидкости от силового насоса в течение каждого цикла не изменяется, то такие установки называются гидропоршневыми, в противном случае – это гидроштанговые установки;

— гидравлическая турбина – центробежный насос. Системы называют турбонасосными;

— когда гидродвигатель и скважинный насос представляют собой один агрегат (струйный насос), их называют струйными установками.

Для всех установок характерно наличие двух каналов для подвода рабочей жидкости от поверхностного насоса к внутрискважинному двигателю и подъема пластовой жидкости. В качестве жидкости для привода используют очищенную нефть, поэтому нередко подъем отработанной жидкости осуществляется по одному каналу вместе с добытой пластовой жидкостью.

— по принципиальной схеме циркуляции рабочей жидкости (открытая или закрытая) 3 ;

— по принципу действия скважинного насоса (одинарного, двойного или дифференциального действия);

— по принципу работы гидродвигателя ;

— по способу спуска погружного агрегата (спускаемые на колонне НКТ – фиксированные, или свободные – сбрасываемые в скважину);

— по числу агрегатов, обслуживаемых одной наземной установкой (индивидуальные или групповые).

Гидропоршневые установки позволяют эксплуатировать скважины с динамическим уровнем до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м 3 /сут при высоком содержании в пластовой жидкости воды (до 98%), песка (2%) и агрессивных компонентов.

Читайте также:  Установка катушки на яву

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).

Рис. 4.1. Схема гидропоршневой установки:

1 – скважинный насос; 2 – погружной двигатель; 3 – канал для подъема скважинной продукции и отработанной жидкости; 4 – канал для подачи рабочей жидкости к погружному агрегату; 5 – поверхностный силовой насос; 6 – система подготовки рабочей жидкости.

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.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector