2. Техника и технология добычи нефти
2.1 Фонтанная эксплуатация скважин
Способ эксплуатации, при котором подъем жидкости осуществляется только за счет природной энергии называют фонтанным. Фонтанирование нефтяных скважин происходит при пластовом давлении меньшем, чем гидростатическое давление столба жидкости в скважине, что обусловлено большим количеством растворенного в нефти газа.
При движении жидкости из зоны повышенного давления (пласт) в зону пониженного давления (скважина) из нее выделяется газ, который, расширяясь, помогает подъему жидкости. Во время подъема продукции скважины со снижением давления насыщения, в колонне подъемных труб выделяется растворенный в нефти газ и образуется газожидкостная смесь (ГЖС), плотность которой см меньше плотности жидкости ж (см < ж).
Условия фонтанирования в этом случае : Рпл > см g H.
Забойное давление : Рзаб= см g H +Ртр+Ру.
Приток жидкости из пласта тем больше, чем меньше будет давление на забое – Рзаб. В то же время пропускная способность подъемника будет тем выше, чем больше будет давление на забое. В процессе работы пласта и подъемника установится равновесие системы – «пласт-подъемник».
Рис. 2.1.1 Устройство скважины для фонтанной добычи.
1 - эксплуатационная колонна;
2 – НКТ;
3 – башмак;
4 – фланец;
5 – фонтанная арматура;
6 – штуцер.
По мере эксплуатации естественный приток нефти к скважине постепенно уменьшается. Это связано с уменьшением давления на забое. В связи с этим применяется механизированный способ эксплуатации. В частности компрессорный и бескомпрессорный газлифт. Подъем производится с помощью энергии вводимого в скважину сжатого газа или извлекается различными видами насосов. [3.31]
Рис. 2.1.2. Устройство скважины для газлифтной эксплуатации
1 – обсадные трубы;
2 – подъемные трубы;
3 – газовые трубы.
2.2 Эксплуатация скважин штанговыми глубинными насосами
Длительная работа УШГН в скважине будет обеспечена грамотно подобранным режимом – системой следующих параметров: типоразмер насоса, глубина спуска, величина погружения под динамической уровень, длина хода и число ходов полированного штока, а также нагрузкой на колонну штанг. Проектирование оптимального режима производится по данным исследованиям, на основании которых рассчитывают добывные возможности скважины Qc. Им должны соответствовать возможности оборудования. Штанговая насосная установка состоит из наземного и подземного оборудования, установленного у устья скважины. [3.48]
К наземному оборудованию относятся станок-качалка с приводом и устьевое оборудование. К подземному оборудованию относят глубинный штанговый насос, колонну насосно-компрессорных труб и колонну насосных штанг.
Штанговый насос представляет собой плунжерный насос специальной конструкции, предназначенный для работы на больших глубинах. Насос в свою очередь состоит из двух основных узлов: цилиндра и плунжера. Привод насоса осуществляется с поверхности с помощью колонны насосных штанг.
Глубинные штанговые насосы по конструкции и способу установки делятся на две основные группы: трубные или не вставные и вставные.
Трубные насосы характерны тем, что основные узлы спускаются в скважину по отдельности. Цилиндр на колонне насосно-компрессорных труб, а плунжер на колонне насосных штанг. Подъем осуществляется в том же порядке.
Вставной насос, в отличие от трубного, спускают в скважину и поднимают из скважины уже в собранном виде с помощью насосных штанг. Насос закрепляется с помощью специального замкового соединения, установленного на колонне насосно-компрессорных труб. Для замены вставного насоса достаточно поднять колонну насосных штанг.
Используются балансирные и безбалансирные штанговые установки.
Схема и принцип работы штанговой насосной установки с трубным насосом и балансирным станком-качалкой:
Рис.2.2.1. Схема штанговой скважинно-насосной установки: 1 – эксплуатационная колонна; 2 – всасывающий клапан; 3 – цилиндр насоса; 4 – плунжер; 5 – нагнетательный клапан; 6 – насосно-компрессорные трубы; 7 – насосные штанги; 8 – крестовина; 9 – устьевой патрубок; 10 – обратный клапан для перепуска газа; 11 – тройник; 12 – устьевой сальник; 13 – устьевой шток; 14 – канатная подвеска; 15 – головка балансира; 16 – балансир; 17 – стойка; 18 – балансирный груз; 19 – шатун; 20 – кривошипный груз; 21 – кривошип; 22 – редуктор; 23 – ведомый шкив (с противоположной стороны тормозной шкив); 24 – клиноременная передача; 25 – электродвигатель на поворотной салазке; 26 – ведущий шкив; 27 – рама; 28 – блок управления.
Применяются также безбалансирные станки-качалки в которых вместо балансира используют гибкое звено перекинутое через шкив на стойке и соединенное с сальниковым штоком, а также станки с цепным приводом и гидроприводом.
В состав насосной установки с цепным приводом входят: корпус преобразующего механизма 1, электродвигатель 2, редуктор 3, звездочки 4 и 5, цепь 6, каретка 7, уравновешивающий груз 8, тормоз 9, подвеска устьево штока 10, канат 11, клиноременная передача 12.
Привод устанавливается на основании 13, на нем же размещается станция управления. Передача крутящего момента от электродвигателя осуществляется ременной передачей с возможностью изменения частоты качаний путем замены шкивов. Корпус преобразующего механизма представляет собой сварную металлоконструкцию, в которой перемещается уравновешивающий груз, соединенный канатом через ролики с подвеской устьевого штока. В корпусе размещен редуцирующий преобразующий механизм.
Рис.2.2.2. Схема установки электропривода
1 – корпус; 2 – электродвигатель; 3 – редуктор; 4,5 – звездочки; 6 – цепь; 7 – каретка; 8 – уравновешивающий груз; 9 – тормоз; 10 – подвеска; 11 – канат; 12 – клиноременная передача; 13 – основание; 14 – станция управления.
Привод осуществляется следующим способом: движение от электродвигателя через ременную передачу, редуктор, ведущую звездочку, установленную на валу редуктора, передается на тяговую цепь. Тяговая цепь соединена посредством консольно прикрепленной к ней скалки с кареткой и уравновешивающим грузом. В тот момент, когда уравновешивающий груз находится в нижнем положении, а подвеска устьевого штока находится в верхнем положении, каретка находится в среднем положении. При вращении звездочек каретка перемещается вправо и одновременно вверх вместе с уравновешивающим грузом, а подвеска устьевого штока перемещается вниз. При достижении кареткой горизонтальной оси нижней звездочки движение каретки вправо прекращается и она движется только вверх. При достижении кареткой горизонтальной оси верхней звездочки каретка начинает перемещаться влево, продолжая при этом движение вверх. Это движение продолжается до тех пор, пока каретка не перейдет на противоположную сторону звездочки. При этом направление движения уравновешивающего груза и подвески устьевого штока меняется на противоположное. Тем самым обеспечивается возвратно-поступательное движение точки подвески штанг.
Мощность подключенного электродвигателя равна 3 и 5 кВт.
Преимущества над балансирным приводом
постоянная скорость движения штанг на преобладающей части хода;
редуктор с меньшим передаточным отношением;
меньшая зависимость габаритов и массы привода от длины хода;
обеспечение длины хода в широком диапазоне изменения скорости;
снижение динамических и гидродинамических нагрузок;
снижение энергетических затрат;
повышение коэффициента использования мощности.