Никишенко с. НГПром.оборудов

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 скважинной 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

иболее плавный режим работы.

Внастоящее 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

сувеличением глубины подвески ГПНА. ГПНУ позволяют эксп­ луатировать скважины с высотой подъема до 4500 м, с максималь­ ным дебитом до 800 м3/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,

атакже 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 м3/сут при напоре 650... 1700м. Межремонтный период их при откачке агрессивных сред с массовым содержанием механических

- 2 4 1 -

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 пескоотделителем. 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.

- 2 4 3 -

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 Я7 ; , создаваемый насосом и равный разности напоров подаваемой жидкости за насо­ сом (сечение С-С) и перед ним (сечение А-А); расход рабочей жид­ кости (2Г; полезная подача Q^. КПД струйного насоса равен отноше­ нию полезной мощности к затраченной и может достигать величины КПД = 0,2...0,35:

- 2 4 4 -

i

б

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 Vv 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 Vo 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.

- 2 4 5 -

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
	Рис. 4.79.	оборудования 600...2200 м, отбор инжек­
		тируемой жидкости до 160 м3/сут, расход
	Струйный насос
		рабочего агента 100 м3/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-

- 2 4 6 -

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

иначинает отбирать песчаную пульпу, поднимая ее на поверхность. Если пробка плотная, то при спуске аппарата пята поднимает шток 12

ишар 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

исдвоенные 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.

-2 4 7 -

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?

-2 4 8 -

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.

- 2 4 9 -

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

- 2 5 0 -