19. Насосные штанги установок скважинных штанговых насосов. Составные колонны штанг.
Колонна штанг, обеспечивая кинематическую связь силового органа привода с плунжером скважинного насоса, работает в очень тяжелых условиях: она подвержена действию циклически изменяющейся нагрузки; она погружена в коррозионно-активную жидкость; ее боковая поверхность трется о внутреннюю пов-ть насосно-компрессорных труб и изнашивается. Поэтому колонна штанг явл-ся наиболее слабым местом скважинной насосной установки. Долговечности колонны штанг способствует совершенствование ее конструкции, использование более прочных сталей и облегчение режима эксплуатации.
Характер нагружения колонны штанг сложен: в верхней части колонны действуют переменные напряжения, изменяющиеся по ассиметричному циклу, в нижней – знакопеременные напряжения.
Циклическая прочность штанг повышается за счет совершенствования их конструкции. Это достигается улучшением качества заготовок, обеспечением сосной высадки колонны штанг, накаткой резьбы и снабжением ее разгрузочной канавкой. Также используют высокопрочные материалы и поверхностное упрочнение – дробеструйный наклеп и поверхностную закалку токами высокой частоты. При этом сердцевина штанги остается мягкой и пластичной, хорошо работающей под действием динамических нагрузок.
Насосные штанги выпускаются диаметром 12, 16, 19, 22, 25 мм. Средняя длина штанг 8 м. Также изготовляются укороченные («метровки», «пони») длиной 1-3 м для регулирования длины колонны, то есть положения плунжера относительно цилиндра. Резьба штанги накатывается – это, как и введение разгрузочной канавки позволяет сократить число разрушений в резьбе.
Трубчатые штанги.
Их использование позволяет исключить колонну НКТ, что уменьшает металлоемкость, а также становится возможной эксплуатация скважины, продукция которой содержит большое кол-во механических примесей. Это достигается подбором работы установки и размера штанг такими, что скорость потока жидкости в штангах превышает скорость падения частиц песка. Благодаря этому значительно сокращается число заклиниваний насоса и забивания песком его клапанов.
Производство полых штанг сложнее, а также требования к резьбовым соединениям этих штанг выше, так как они должны быть герметичными в течение всего срока эксплуатации.
21. Оборудование для поддержания пластового давления и вытеснения продукции скважин водой и газом.
Наиболее эффективный метод повышения нефтеотдачи пластов при эксплуатации месторождений – поддержание пластового давления за счет закачки в пласт воды и газа. При этом создается напорный режим эксплуатации пласта, который имеет большую конечную нефтеотдачу по сравнению с режимами истощения.
В большинстве случаев (для отечественных месторождений – более 80%) используется система поддержания пластового давления (ПДД) путем закачки воды. При этом наряду с пресными поверхностными источниками воды широко используются сточные пластовые воды.
Закачка газа, хотя и менее эффективна ввиду уменьшения коэффициентов охвата и нефтеотдачи, находит свое применение. Этому способствуют значительная газовая шапка, отсутствие напора контурных вод, наличие в коллекторе большого содержания набухающих глин. Нагнетание в залежь естественного газа компенсирует потери газовой энергии за предшествующий период эксплуатации залежи.
Комплекс оборудования для вытеснения нефти водой состоит в общем случае из участков водозабора, магистрали подвода воды (с трубопроводом большого диаметра и насосными первого, второго и, если требуется, третьего водоподъема), очистными сооружениями подготовки воды к закачке ее в нефтяной пласт, кустовыми насосными станциями высокого давления на территории промысла, разводящими гребенками, от которых вода идет к нагнетательным скважинам. Скважины оснащены устьевой арматурой по типу фонтанной, колонной НКТ и часто – пакером, предохраняющим основную часть обсадной колонны скважины от действия высокого давления закачиваемой воды.
Для поддержания пластового давления с помощью заводнения вода обычно берется из водоемов (рек, озер, морей) или из водоносного пласта.
Из водоемов вода забирается поверхностными центробежными насосами из специально подготовленного участка. При отборе более чистой воды, невдалеке от водоема или реки бурится скважина или роется колодец, из которого вода забирается сифонной системой или поверхностными насосами, или скважинными насосами различных типов.
При сифонном отборе скважины соединяются с вакуум-котлами куда вода поступает самотеком и далее отбирается поверхностными насосами.
При уровнях жидкости ниже (4 м и более от уровня приема поверхностного насоса) применяются погружные насосы типов АТН и ЭЦВ.
Насосы типа АТН имеют приводной двигатель с вертикальной осью, установленный над устьем скважины. Эти насосы применяются для отбора до 400 м3/ч воды с глубины до 40 м. Недостаток – длинный трансмиссионный вал, вращающийся с большой частотой (до 1400 мин-1). В шифре насоса приняты следующие обозначения: АТН – артезианский трубный насос, первая цифра – диаметр скважины в миллиметрах, деленный на 25, следующая – минимальное погружение насоса под динамический уровень в метрах, а последняя – число ступеней насоса.
Насосы типа ЭЦВ по составу и расположению оборудования скважин соответствуют насосам типа ЭЦН. Существенно упрощены погружные двигатели, которые выполнены без узлов гидрозащиты. В системе водозабора обычно применяются насосы для скважин 168-273 мм с мощностью в среднем 32 – 320 кВт.
В шифре насоса приняты следующие обозначения: Э – насос с электроприводом, Ц – центробежный, В – для отбора воды, первая цифра – внутренний диаметр обсадной колонны в миллиметрах, деленный на 25 и округленный, вторая – подача в метрах кубических в час, третья – напор насоса в метрах.
Кроме поверхностных вод для закачки используются и пластовые воды.
На водоочистной установке вода подвергается тем или иным операциям по очистке (коагуляция, фильтрация, обезжелезивание, смягчение, хлорирование, стабилизация). Для получения надлежащих качеств воды в ряде случаев требуется проведение двух-трех операций.
С очистных сооружений вода подается на территорию промысла к кустовым насосным станциям. Кустовые насосные станции поднимают давление воды до давления нагнетания в пласт и направляют ее к водораспределительным гребенкам и далее к нагнетательным скважинам. В качестве насосных станций применяют блочные кустовые насосные станции (БКНС) на базе центробежных насосных агрегатов типа ЦНС (ЦНС-30, ЦНС-60, ЦНС-120, ЦНС-180 и ЦНС-500) технические характеристики которых представлены в
Таблице 5.1. [6].
Наименование |
ЦНС-180-1900 |
ЦНС-500-1900 |
Подача м3/ч |
180 |
500 |
Напор, м |
1900 |
1900 |
Мощность привода, кВт |
1600 |
4000 |
Масса насоса, кг. |
4960 |
6300 |
Масса электродвигателя, кг. |
13670 |
21000 |
Блочные кустовые насосные станции подразделяются на два основных варианта: с замкнутым циклом вентиляции электродвигателя (ЗЦВ), при котором электродвигатели основных насосов охлаждаются водой и с разомкнутым циклом вентиляции электродвигателя (РЦВ), при котором двигатель охлаждается воздухом, засасываемым через жалюзи.
Для закачки морских или нефтепромысловых очищенных сточных вод предназначены БКНС с замкнутым циклом вентиляции, а для вод поверхностных, подземных источников, не содержащих агрессивных примесей, - БКНС с разомкнутым циклом вентиляции.
Варианты станций отличаются числом насосных блоков, блоков напорных гребенок и подразделяются на станции с принудительной смазкой насосных агрегатов и станции с насосными агрегатами на консистентной смазке подшипников и агрегатов.
Для закачки поверхностных и пластовых вод в нагнетательные скважины применяют установки погружных центробежных электронасосов типа УЭЦП и УЭЦПК.
В шифре установки при заказе приняты следующие обозначения: У – установка; Э – с приводом от погружного электродвигателя; Ц – центробежный насос; П – для поддержания пластового давления; К – коррозионостойкое исполнение; первое число-группа насоса (диаметр обсадной колонны в мм, уменьшенный в 25 раз и округленный); второе число-подача м3/сут; третье число – напор метрах; ХЛ – климатическое исполнение для районов с холодным климатом; цифра – категория размещения электронасоса при эксплуатации по ГОСТ 15150-69. Установка центробежного насоса для поддержания пластового давления аналогична по конструкции установкам погружных центробежных насосов для добычи нефти. Отличие в отсутствии протектора (гидрозащиты) погружного электродвигателя (таблица 5.2. [2]).
Таблица 5.2.
Для оборудования устья нагнетательных скважин применяется арматура типов
АНК1-65х210 и АНК1-65х350. В качестве запорного устройства в арматуре используется прямоточная задвижка ЗМС1. На боковом отводе установлен обратный клапан, исключающий обратный переток жидкости из скважины при временном прекращении нагнетания или повреждения водовода.
Скважинное оборудование системы ППД включает в себя колонну НКТ и пакер. Для облегчения демонтажа пакерного устройства при проведении подземного ремонта рекомендуется применять пакеры рукавные, которые автоматически уменьшают свой диаметр при снижении давления во внутреннем канале колонны НКТ.
Оборудование для закачки газа в пласт практически то же, что комплекс оборудования для компрессорного газлифта. Единственным отличием является упрощение скважинного оборудования. Вместо сложного оборудования типа Л, ЛП, ЛН применяется упрощенная схема с однорядным лифтом из НКТ в сочетании с пакером, воспринимающим перепад давления «снизу вверх». В связи с запретом использования воздуха производится закачка азота с помощью мобильных или транспортабельных компрессоров. Азот получают из атмосферного воздуха на кислородных станциях или поставляют в газовых баллонах. Прогрессивным способом получения азота являются мембранные технологии, при которых через многослойные мембраны происходит избирательный перенос определенных веществ, например – азота. Полученный азот поступает непосредственно на прием компрессора, используемого для ППД.