125831 (690711), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Технико-экономические предпосылки широкого применения ВШНУ связаны с изменением условий эксплуатации скважин и преимуществами ВШНУ по сравнению с другими механизированными способами добычи нефти.

По сравнению со станками-качалками:

• простота конструкции и минимальные массогабаритные показатели привода;

• отсутствие необходимости возведения фундаментов;

• простота монтажа и обслуживания;

• снижение затрат на транспортные расходы;

• широкий диапазон физико-химических свойств откачиваемых пластовых жидкостей (возможность откачки жидкостей высокой вязкости и повышенного газосодержания);

• отсутствие возвратно-поступательного движения РО, что обеспечивает уравновешенность привода, постоянство нагрузок, действующих на штанги, равномерность потока жидкости, снижение энергозатрат и номинальной мощности приводного двигателя, минимальное эмульгирующее воздействие на скважинный флюид.

По сравнению с винтовыми насосными установками с погружным электроприводом (УЭВН):

• простота конструкции насоса (отсутствуют шарнирные соединения, пусковые муфты, радиальные и осевые подшипники);

• наземное расположение приводного двигателя (отпадает необходимость в кабеле, гидрозащите электродвигателя, а также упрощается контроль за состоянием двигателя и его обслуживание);

• возможность эксплуатации низкодебитных скважин, так как нет необходимости в отводе тепла от погружного агрегата.

Область применения ВШНУ – эксплуатация скважин с низким и средним дебитом и напором до 1000–1500 м, в т.ч. с пластовыми жидкостями высокой вязкости, повышенного содержания газа и механических примесей.

Наземное оборудование ВШНУ, устанавливаемое на трубной головке скважины и предназначенное для преобразования энергии приводного двигателя в механическую энергию вращающейся колонны штанг, состоит из:

– тройника для отвода пластовой жидкости;

– приводной головки;

– рамы для крепления приводного двигателя;

– трансмиссии (силовой передачи);

– приводного двигателя с устройством управления;

– устройства для зажима (подвески) полированного штока.

Скважинное оборудование ВШНУ (рис. 7) состоит из двух частей:

• неподвижной колонны НКТ, в компоновке низа которой устанавливается статор насоса, упорный палец, динамический противоотворотный якорь, газовый сепаратор, фильтр;

• вращающейся в центраторах колонны штанг, нижний конец которой соединен с ротором насоса.

При работе установки поднимаемая пластовая жидкость движется в кольцевом зазоре между колоннами НКТ и штанг и далее через боковой отвод тройника поступает в промысловый коллектор.

В ВШНУ наибольшее распространение получили НКТ и насосные штанги диаметром соответственно 73 и 22 мм. Диаметр полированного штока 31 мм.

Штанговые ОВН могут быть выполнены в трубном (см. рис. 7) и вставном исполнении.

Наиболее эффективна схема вставного насоса, позволяющая производить замену РО насоса (при их износе или в случае перехода на новый режим откачки) без подъема колонны НКТ.

В России приводы ВШНУ выпускают Ижевский и Дмитровский машзаводы, Уфимский нефтяной институт и др. предприятия. Производство скважинного оборудования (центраторы, якоря) налажено в ЗАО «Канаросс» (г. Пермь).

Наряду с типовой схемой ВШНУ известны и оригинальные компоновки, основанные на использовании полых штанг или труб, в которых поток пластовой жидкости поднимается по их внутреннему каналу, что предотвращает отложение парафина и снижает потери на трение за счет создания водяного кольца на стенках полых штанг.

Подобные схемы могут быть выполнены в двух вариантах: с вращающимся статором и заякоренным ротором, предложенным в РГУ нефти и газа (А.с. 1657743), и с вращающимся полым ротором. Последняя схема реализована в установке ОАО «Завод им. Гаджиева», в которой статор закрепляется в колонне обсадных труб, а полый ротор спускается на конце колонны НКТ диаметром 60 мм, вращающейся в центраторах. В данной схеме отпадает необходимость в насосных штангах. Пластовая жидкость поднимается по внутреннему каналу НКТ (как в схеме с вращающейся обоймой) и отводится через вертлюг в промысловый трубопровод. Для осуществления циркуляции жидкости вход в насос располагается в верхнем сечении РО, далее двигаясь вниз через рабочие камеры насоса и дойдя до нижнего сечения, жидкость изменяет направление своего движения и попадает в расточку ротора, сообщаемую с внутренней полостью колонны НКТ.

Широкое распространение ВШНУ получили за рубежом. Ими оборудовано свыше 2500 скважин. В качестве РО штанговых винтовых насосов зарубежных фирм (Baker Hughes, Netzsch, PCM, Robbins&Myers, Sсhoeller-Blеckmann, Weatherford и др.) преимущественно используются традиционные винтовые пары Муано с кинематическим отношением 1:2. Исключение составляют отдельные образцы насосов фирм Netzsch, Robbins&Myers и Baker Hughes, выполненные по схеме с кинематическим отношением 2:3.

При создании отечественных штанговых винтовых насосов на основе многолетнего опыта конструирования, производства и эксплуатации винтовых забойных двигателей (ВЗД) в целом взят курс на использование схемы многозаходного насоса, имеющей существенные конструктивные и эксплуатационные преимущества по сравнению с традиционной схемой (см. выше).

В настоящее время НПО «Буровая техника» – ВНИИБТ и РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина разработан параметрический ряд многозаходных насосов серии МВН с кинематическими отношениями от 2:3 до 5:6, охватывающий диапазон подач от 1 до 100 м³/сут. Давление – до 15 МПа. Изготавливаются и ведется промышленная эксплуатация трех типоразмеров насоса с подачами 10, 20 и 30м3/сут. при номинальной частоте вращения 200 об./мин. Разработкой размерного ряда штанговых насосов с кинематическим отношением РО 1:2 и 3:4 занимается ОАО «Ливгидромаш».

Кроме того, ВШНУ могут быть использованы в системах поддержания пластового давления для закачки воды в пласт, а также в технологиях добычи природного газа с отделением пластовой воды и нагнетанием ее в ниже расположенные проницаемые горизонты, освоенных зарубежными компаниями, в частности, Kudu (рис. 8).

Гидроприводные винтовые насосы

В известных гидроприводных насосных установках нашли применение исключительно машины объемного типа с возвратно-поступательным движением рабочего органа (поршня). Практика применения гидропоршневых насосных агрегатов (ГПНА), выявила ряд их существенных преимуществ:

• отсутствие механической (посредством штанг) или электрической (посредством кабеля) связи источника энергии с погружным насосом;

• возможность эффективной эксплуатации скважин уменьшенного диаметра, а также наклонно направленных, эксплуатация которых другими механизированными способами затруднительна;

• возможность регулирования подачи погружного насоса;

• возможность обеспечения оптимального технологического режима эксплуатации, в частности плавный пуск скважин и поддержание заданной интенсивности отбора жидкости.

• возможность замены погружного агрегата без проведения трудоемких спускоподъемных операций, что позволяет кардинально упростить подземный ремонт скважин, сократить время простоя и уменьшить износ труб.

Новые перспективы создания гидроприводных насосных установок открылись в последние десятилетия, когда было освоено промышленное производство винтовых РО для забойных ВЗД и насосов.

Первое упоминание о возможности создания погружного гидроприводного винтового насосного агрегата (ГВНА) по схеме винтовой гидромотор-винтовой насос появилось в России в 1971 г. Позже была предложена схема уравновешанного агрегата и оптимальная геометрия РО насоса.

Схема размещения ГВНА в скважине аналогична той, которая используется при эксплуатации ГПНА.

В качестве гидромотора с незначительными конструктивными изменениями могут использоваться серийно выпускаемые ВЗД диаметром 85–108 мм. Частота вращения этих двигателей 100–300 об./мин. при расходе жидкости 4–10 л/с, перепад давления 6–8 МПа.

В качестве РО насосной части ГВНА целесообразно использовать многозаходные винтовые насосные пары как наиболее соответствующие по своей частоте вращения характеристикам ВЗД. При наружном диаметре таких насосных пар 60–89 мм и указанных выше частотах вращения можно достичь широкого диапазона подач пластовой жидкости 5–100 м³/сут. Особенности рабочего процесса многозаходных насосов позволяют при этом развивать давление 10–15 МПа при длине пары всего 1,5–2 м.

Наземное оборудование, как и в случае использования ГПНА, состоит из типового ассортимента: силовой плунжерный насос, система подготовки рабочей жидкости (отстойники, сепараторы, устройства для разделения эмульсий, подогреватели), оборудование устья скважины, регулирующая и регистрирующая аппаратура.

На начальном этапе создания ГВНА наиболее целесообразным представляется использование конструкций сбрасываемого исполнения со смешанным лифтом в двух простейших компоновках: без уравновешивания (рис. 9) и с частичным уравновешиванием осевых сил. Возможные типоразмеры таких ГВНА, которые могут быть реализованы на базе существующих в настоящее время отечественных многозаходных РО двигателей и насосов, представлены в таблице 1.

Весьма симптоматично, что в конце 90-х годов западные нефтемашиностроительные компании также начали разрабатывать гидроприводные винтовые насосные установки. Так, компания Weatherford опубликовала информацию о создании двух типоразмеров ГВНА с частотой вращения 200–1200 об./мин. и подачей до 80 м³/сут.

Таким образом, сегодня имеются серьезные основания практически рассмотреть вопрос о разработке и внедрении установок гидроприводных винтовых насосов, поскольку:

• накоплен опыт изготовления и эксплуатации основных узлов агрегата (многозаходных винтовых пар, шарниров, гибких валов, осевых опор, резьбовых соединений);

• увеличился удельный вес наклонно-направленных скважин, при эксплуатации которых использование традиционной техники механизированной добычи вызывает определенные проблемы;

• увеличился фонд скважин с трудноизвлекаемыми запасами, где предпочтительно применение насосов с регулируемой подачей.

Гидроприводные винтовые установки могут найти свое место в ряду технических средств для механизированной добычи нефти, так как они обладают рядом существенных технико-экономических преимуществ.

По сравнению с гидропоршневыми насосами:

• повышенной эксплуатационной надежностью и простотой конструкции (в связи с отсутствием клапанов и золотниковых распределителей);

• возможностью использования в качестве рабочей жидкости технической воды, что значительно упрощает систему подготовки жидкости;

• возможностью отборов пластовой жидкости высокой вязкости и повышенного газосодержания;

• отсутствием динамических нагрузок и гидравлических ударов, связанных с возвратно-поступательным движением рабочих органов.

По сравнению со штанговыми насосами:

• возможностью эксплуатации в скважинах со сложным профилем, включая наклонно-направленные с большой интенсивностью искривления;

• отсутствием необходимости в штангах;

• возможностью обеспечения оптимальных технологических режимов отбора путем регулирования подачи наземного силового насоса;

• простотой замены погружного агрегата и проведения ремонта скважины.

По сравнению с электропогружными насосами:

• отсутствием необходимости подвода электрического кабеля в скважину и применения системы гидрозащиты погружного электродвигателя;

• улучшенными пусковыми свойствами насосного агрегата.

Насос двухвинтовой погружной нефтяной (НДПН)

Накопленный опыт проектирования насос-компрессоров позволил также разработать техническую документацию и изготовить опытный образец погружного двухвинтового насоса типа НДПН, предназначенного для добычи нефти из малодебитных скважин (рис. 10).

Насос используется в составе установки для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин (рис. 11), которая состоит из погружного электродвигателя, компенсатора, протектора, предохраняющих электродвигатель от проникновения в него окружающей жидкости, насоса с компенсатором, обратного клапана, спускного клапана, насосно-компрессорных труб (НКТ), кабеля и трансформатора. В случаях, когда требуется обеспечить большой напор, насос может быть выполнен в виде нескольких, последовательно соединенных, модулей. В зависимости от вязкости продукции скважины модуль имеет различные исполнения проточной части, отличающиеся зазорами между винтами и корпусом насоса. Требуемые значения зазоров определяются в ходе выполнения расчета насоса. Расчетные энергетические характеристики для различных вариантов исполнения проточной части насоса (одного модуля) представлены на рис. 12.

Стендовые испытания опытного образца насоса типа НДПН, проведенные на Альметьевской центральной базе производственного обслуживания по прокату и ремонту электропогружных установок (АЦБПО ЭПУ) ОАО «Татнефть», подтвердили способность двухвинтового насоса обеспечить требуемую подачу при заданном перепаде давления.

Характеристики

Список файлов курсовой работы