Основные схемы гидропоршеневых насосных установок.

Бесштанговые гидропоршневые насосные установки.

Одним из основных недостатков рассмотренных ранее штанговых скважинных насосных установок является использование для привода скважинного насоса колонны штанг – элемента с низкой прочностью, малой жесткостью, малой износо и коррозийной стойкостью, со значительным собственным весом. Эти недостатки не позволяют эксплуатировать ШСНУ в глубоких направленных скважинах.

Для эксплуатации подобных скважин насосами объемного действия, его привод – объемный гидродвигатель возвратно-поступательного действия – устанавливают в непосредственной близости от скважинного насоса. Гидродвигатель приводится в действие потоком рабочей жидкости, закачиваемой силовым насосом, расположенным на поверхности.

Конструктивно гидропоршневая насосная установка (ГПНУ) представляет собой: скважинный насос и гидродвигатель, объединенные в один насосный агрегат, колонны насосно-компрессорных труб, блок подготовки рабочей жидкости и насосный блок. Назначение этих элементов: насосный блок преобразует энергию приводного двигателя (эл. двигатели, ДВС) в механическую энергию потока рабочей жидкости; гидропоршневой погружной насосный агрегат преобразует энергию рабочей жидкости; система колонн НКТ является каналами для рабочей и пластовой жидкости; а блок подготовки рабочей жидкости служит для очистки пластовой жидкости от газа, песка и воды перед использованием её в качестве рабочей в силовом насосе.

Гидропоршневые установки позволяют эксплуатировать скважины с динамическим уровнем до 4500 м, с max дебитом до 1200 м³/сут. при высоком содержании в пластовой жидкости воды (до 98%), песка (до 2%) и агрессивных компонентов.

ГПНУ различаются:

1. По типу принципиальной схемы циркуляции рабочей жидкости (открытая или закрытая);

2. По принципу действия скважинного насоса (одинарного, двойного действия или дифференциальный);

3. По принципу работы гидродвигателя (дифференциального или двойного действия);

4. По способу спуска погружного агрегата (спускаемые по колонне НКТ – фиксированные или свободно сбрасываемые в скважину);

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

Рассмотрим основные особенности установок.

1. 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 по общему каналу.

Недостатком первой схемы является большая металлоемкость, поскольку от устья к погружному агрегату необходимо спустить три герметичных трубопровода. Достоинством этой схемы являются незначительные потери, определяемые лишь утечками из системы привода.

Установки с открытой схемой обладают меньшей металлоемкостью, т.к предполагают каналы только двух потоков жидкости – сверху вниз – рабочей, и снизу вверх – смеси рабочей и пластовой. Недостатком этой схемы является необходимость обработки большого количества рабочей жидкости.

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. Скважинный насос ( 5 ) забирает пластовую жидкость из скважины и по колонне труб ( 6 ) направляет её вверх. В установке с открытой схемой рабочая жидкость из мотораподнимается на поверхность по колонне труб ( 6 ), а в установке с закрытой схемой – по отдельнгой колонне ( 7 ).

2. По принципу действия скважинного насоса ГПНА существующие конструкции можно разделить на группы с насосами одинарного (а), двойного (б) и дифференциального действия (в).

Схемы насосов погружных агрегатов

В агрегатах одинарного действия шток с двумя поршнями совершает возвратно-поступательное движение в результате попеременной подачи жидкости из напорного трубопровода в полости ( 3 , 4 ). Жидкость распределяется золотниковым устройством. В результате в насос одинарного действия при ходе поршня вверх пластовая жидкость через всасывающий клапан ( 1 ) попадает в полость ( 6 ), а при ходе поршня вниз вытесняется через нагнетательный клапан ( 2 ) в напорный трубопровод. В агрегатах двойного действия 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 вытекает из полости ( 6 ) через клапан ( 2 ) и поступает в полость ( 5 ) через клапан ( 1 ). В агрегатах с насосом дифференциального действия поршень в насосе выполнен с расположенным в нем нагнетательным клапаном ( 2 ). При ходе поршня вниз нагнетательный клапан ( 1 ) закрыт, из полостей ( 5 , 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 пластовыя жидкость вытесняется из полости ( 5 ) в напорный трубопровод и поступает в полость ( 6 ).

3. По принципу действия гидродвигателя ГПНА различаются дифференциального или двойного действия. Двигатель работает следующим образом: рабочая жидкость поступающая сверху непрерывным потоком, поступает во внутреннюю полость агрегата через отверстия в верхней части корпуса. Посредством золотника и системы сообщающихся каналов жидкость направляется в полости над и под поршнем, обеспечивая его перемещение вверх и вниз.

4. По способу спуска ГПНА различаются : агрегаты спускаемые на колонне НКТ – фиксированные и так называемые свободные агрегаты. Первые жестко соединяются с колонной НКТ, что сопряжено с большими затратами времени. Для монтажа свободных агрегатов в нижней части труб устанавливается специальное седло, а на устье – ловитель и специальная обвязка, позволяющая изменить направление потоков в колоннах НКТ.

Помимо перечисленных отличительных признаков установки выпускаются различным конструктивным исполнением и взаимным расположением каналов для подвода и отвода жидкости от ГПНА. В качестве каналов могут использоваться специальные колонны НКТ либо внутренняя полость эксплуатационной колонны, а относительно друг друга колонны могут располагаться концентрично или же параллельно. В зависимости от типа гидравлической схемы установки и типа ГПНА конструкции нижней части внутрискважинного оборудования могут быть различными.

Использование ГПНА в сочетании с закрытой схемой усложняет внутрискважинное оборудование, т.к. требует дополнительного канала для рабочей жидкости.

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. Как правило применяются 3^х –5^ти плунжерные горизонтальные или вертикальные насосы мощность привода которых от 14 до 300 кВт, развиваемое давление до 35 МПа.

Наземный агрегат может применятся как для привода одного ГПНА, так и для нескольких, расположенных в различных скважинах.

Блок подготовки рабочей жидкости имеет параметры, обусловленные прежде всего, типом гидравлической схемы установки: открытой или закрытой. В качестве рабочей жидкости используют сырую нефть, после того как из неё удалены газ, вода и абразив. Схема простейшей установки для подготовки рабочей жидкости включает трёхфазный сепаратор, отделяющий свободный газ и воду от нефти и буферную ёмкость для хранения и отстаивания нефти.

Гидропоршневые НУ относятся к группе сложных комплексов расчеты и принципы конструирования которых сложны. Создание новых установок ведется на основании опыта эксплуатации и на базе лабораторных и промысловых эксперементов.

Интенсивное развитие способа добычи нефти ГПНА обусловлено высокой эффективностью его применения в осложненных условиях, на месторождениях разрабатываемых посредством наклонно-направленных скважин глубиной до 4500 м. с удалением забоя от устья в горизонтальном направлении до 2500 м. в настоящее время выпускают ГПНА более 60 типоразмеров.