Презентация курса МиОдляДиПНиГ_02122013. Литература для самостоятельной подготовки Ивановский В. Н. и др Скважинные насосные установки для добычи нефти. Гуп издательство Нефть и газ ргу нефти и газа им. И. М. Губкина, 2002 г. 824 с. ил
 Скачать 17.22 Mb.
|
|
1) минимальный внутренний диаметр скважины для каждого типоразмера насоса согласно технического описания на модуль-секции и двигатели; 2) максимальный темп набора кривизны ствола скважины – 2 градуса на 10 м; 3) максимальное давление в зоне подвески установки - 250 кгс/см 2 ; 4) отклонение ствола скважины от вертикали в зоне установки - не более 40 ; 5) интенсивность изменения кривизны ствола скважины в зоне подвески установки - 3 мин. на 10 м; Достоинства и недостатки УЭЦН Погружной винтовой насос с верхним приводом Характеристика винтовых насосов Насос имеет следующие преимущества объемных насосов : достаточно высокую эффективность при относительно малых подачах (60-70% при подаче 16-200 м 3 / сут ), повышение эффективности при работе на вязких жидкостях (до 6 ∙ 10 -3 м 2 /с) Кроме того, подача насоса плавная, при работе насоса не создаются стойкие эмульсии Насос отличается простотой в изготовлении рабочих органов К недостаткам насоса можно отнести то, что его напоры ограничены технологическими возможностями изготовления длинных винтов и обойм и винт насоса вращается не только вокруг своей оси, но и по эксцентриситету Последнее требует применения эксцентриковых муфт, соединяющих винты с валом привода, что усложняет конструкцию Вращение вала насоса по эксцентриситету вызывает радиальные силы инерционные силы в агрегате В целом винтовые скважинные насосы показали свою эффективность при отборе на нефтяных месторождениях пластовой жидкости, особенно при повышенной вязкости Характеристика винтовых насосов Ротор винтового насоса изготавливается из стали, статор стальной с резиновой винтовой обкладкой. Частота вращения ротора 100-300 об/мин, это вызывает необходимость использования редуктора, т.к. частота вращения электродвигателей 1500-3000 об/мин. Преимущества и недостатки винтового погружного электронасоса Струйный насос, преимущества и недостатки Погружной диафрагменный насос Характеристики диафрагменных насосов Диафрагменные скважинные насосные установки относятся к объемным плунжерным насосам с электроприводом, у которых отбираемая жидкость, проходя через приемный и нагнетательный клапаны, не соприкасается с подвижными частями насоса и его привода. Она отделена от них резиновой диафрагмой. Этим определяется специфическая область применения данных насосов. Они предназначены для отбора агрессивных пластовых жидкостей или жидкости со значительным содержанием в ней механических примесей, в частности песка, поступающего из пласта. Межремонтный период работы таких насосов при наличии механических примесей в продукции скважин в несколько раз больше, чем у центробежных насосов. Достоинства и недостатки погружного диафрагменного насоса Конструктивные достоинства УЭДН, выгодно отличающие их от применяемых повсеместно штанговых насосов: удовлетворительная эксплуатация скважин, дающих вязкие эмульсии, жидкости, содержащие механические примеси и свободный газ; отсутствие крупногабаритного и металлоемкого наземного оборудования; простота монтажа и эксплуатации; возможность применения в скважинах с низкими дебитами; возможность эксплуатации месторождений с небольшими устьевыми площадками (море, болота и др.). Увеличенный в 2-3 раза по сравнению с УЭЦН межремонтный период Недостатки: Малая подача (до 25 куб.м/сут) Малый напор, ограничивающий глубины установки насоса Область применения различных способов механизированной добычи нефти Установки скважинных штанговых насосов с механическим приводом Штанговые скважинные насосы Наиболее распространенный в мировой практике, охватывает до 2/3 общего действующего фонда добывающих скважин Возвратно - поступательной движение плунжера насоса, подвешенного на штангах, обеспечивает подъем жидкости из скважины на поверхность При наличии парафина в продукции скважины устанавливают скребки, очищающие внутренние стенки НКТ Для борьбы с газом и песком на приеме насоса могут устанавливаться газовые или песчаные якоря Конструкция установки штанговых насосов Основные элементы станка-качалки типа СК Станок-качалка типа СК 1- подвеска устьевого штока 2- балансир с опорой 3- стойка 4- шатун 5- кривошип 6- редуктор 7- ведомый шкив 8- ремень 9- электродвигатель 10- ведущий шкив 11- ограждение 12- поворотная плита 13- рама 14- противовес 15- траверса 16- тормоз Станок- качалка с одноплечным балансиром 1- ограждение 2- шатун 3- подвеска устьевого штока 4- стяжка 5- балансир с опорой 6- траверса 7- винт установочный 8- стойка 9- противовес 10- кривошип 11- электродвигатель 12- шкив ведущий 13- плитка поворотная 14- рычаг тормоза 15- рама 16- ремень 17- шкив ведомый 18- редуктор Цепной станок-качалка производства ―Татнефть‖ Особенности цепного привода: • Малая частота качаний. • Длина хода 2,1 м (фиксированная). • Высокая транспортабельность. • Благоприятный закон движения штанг (с равномерной скоростью на большей части хода). • Максимальная скорость штанг в 1,7 раза меньше, чем у балансирного аналога. Техническая характеристика станков-качалок по ГОСТу Схема работы штангового насоса Штанговые скважинные насосы Штанговые скважинные насосы предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкостей с температурой не более 130 °С, обводненностью не более 99 % по объему, вязкостью до 0.3 Па∙с, минерализацией воды до 10 г/л, содержанием механических примесей до 3.5 г/л, свободного газа на приеме не более 25 %, сероводорода не более 50 мг/л и концентрацией ионов водорода рН 4.2-8.0. Стандарт предусматривает выпуск двух схем штанговых насосов: вставных и невставных. Основное принципиальное их отличие в том, что цилиндр невставного насоса встроен в колонну НКТ и для замены насоса необходим подъем колонны НКТ. Вставной насос опускается в трубы НКТ на штангах и крепится в нужном месте колонны с помощью специального фиксирующего устройства, называемого замковой опорой. Применение вставных насосов значительно ускоряет ремонт скважины, так как для его смены требуется подъем лишь штанговой колонны. В то же время невставной насос значительно проще по конструкции и не требует применения замковой опоры. Невставные насосы получили широкое распространение для подъема больших объемов жидкостей из относительно небольших глубин, вставные же насосы более удобны в глубоких скважинах. Схема штанговой насосной установки со станком- качалкой 1- станок- качалка 2- оборудование устья 3- колонна НКТ 4- колонна насосных штанг 5- замковая опора 6- скважинный насос вставного типа 7- скважинный насос невставного типа Типы скважинных плунжерных насосов НСВ1- вставной насос, одноступенчатый, одноплунжерный, для скважин средней глубины НСВ2- тоже, с замком внизу, для скважин большой глубины НСВГ- вставной, одноступенчатый, двухплунжерный, с замком наверху, для скважин с большим содержанием газа НСН1- невставной, одноступенчатый, одноплужерный с захватным штоком приемного клапана, для неглубоких скважин НСН2- тоже, с ловителем приемного клапана, для неглубоких скважин НСНА- тоже с автоотцепом плунжера Штанговые скважинные насосы Принципиальное отличие насосов НСВ1 от НСВ2 в том, что в первом случае крепление осуществляется в верхней части насоса, а во втором - в нижней. Нижнее крепление насоса более предпочтительно при эксплуатации глубоких скважин, однако их применение нежелательно при откачке жидкостей с большим содержанием механических примесей. Верхнее крепление более надежно при добыче нефтей с большим содержанием механических примесей, однако условие нагружения цилиндра насоса не позволяет их использовать на больших подвесках. Невставные насосы НСН1 отличаются от насосов НСН2 механизмом опорожнения колонны НКТ перед подъемом. Узел всасывающего клапана у невставных насосов выполняется съемным для того, чтобы при подъеме НКТ с цилиндром насоса избежать излива жидкости, находящейся в насосных трубах на устье скважины. Наибольшее распространение получили насосы НСН2 вследствие большей надежности и простоты конструкции механизма опорожнения. Типы штанговых насосов по стандарту API Замковая опора вставных штанговых насосов 1,6- переводники 2- опорное кольцо 3- пружинный якорь 4- опорная муфта 5- рубашка Байонетное соединение 1- байонет 2- шток Штанги штангового насоса Сальник устьевой СУС 1-73-31 1- тройник 2- втулка нижняя 3- вкладыш 4- стопор 5- кольцо уплотнительное 6- манжетодержатель 7- крышка шаровая 8- уплотнительная набивка 9- головка шаровая 10- вкладыш 11- грундбукса 12- крышка головки 13- шток 14- болт откидной 15- палец 16- шплинт 17- гайка накидная 18- ниппель 19- наконечник Оборудование устья ОУ 140-146/168-65Б 1- крестовик 2- конусная подвеска 3- резиновые уплотнения 4- разъемный фланец 5- патрубок 6- тройник 7- задвижка 8- сальник устьевой СУС2 9, 11- обратный клапан 10- кран 12- пробка Конструкции клапанных узлов скважинных штанговых насосов а) сдвоенный клапан, стандартный б) сдвоенный клапан Костыченко в) клапан, устанавливаемый в верхней части плунжера г) то же, в нижней части плунжера 1- корпус клапана закрытого типа с увеличенным проходным диаметром седла 2- шарик 3- вставная клетка клапана закрытого типа 4- седло клапана 5- переводник- наконечник закрытого типа 6- вспомогательный шарик 7- корпус клапана закрытого типа с двумя шариками 8- клетка клапана открытого типа Расчет подачи установки штангового насоса Контроль за работой штанговых установок Достоинства и недостатки штанговых насосов Установки штанговых скважинных насосов с гидроприводом Замена механического привода штанговых скважинных насосных установок гидроприводом позволяет обеспечить резкое увеличение длины хода штангового насоса, улучшить характеристику закона движения блока подвеса штанг и уменьшить металлоемкость и массу приводной части ШСНУ Схема установки с закрытым гидроприводом 1- силовой гидроцилиндр 2- кран 3- силовой насос 4,5- обратные клапана 6- дроссель 7- распределитель 8- гидропневмоаккумулятор Принцип работы УСШН с закрытым гидроприводом Установка работает следующим образом(слайд 161): при нижнем положении поршня, давление жидкости в левой управляющей полости распределителя 7 близко к атмосферному. Нижний обратный клапан открыт, и золотник распределителя занимает левое положение, жидкость направляется из аккумулятора на прием силового насоса, затем в нижнюю полость силового цилиндра. Поршень цилиндра вместе с колонной штанг перемещается вверх, пока не пройдет мимо одного из верхних окон цилиндра, кран которого открыт. При этом жидкость из подпоршневой полости через открывшийся верхний обратный клапан и дроссель поступит в левую управляющую полость распределителя и, преодолев усилие возвратной пружины, переместит его золотник в правое положение. Жидкость начнет поступать из цилиндра в аккумулятор. Ход поршня вниз будет продолжаться до тех пор, пока нижнее управляющее окно не соединится с надпоршневой полостью, после чего описанный процесс повторится. Плавность переключения золотника регулируется дросселем, а длина хода поршня — открытием соответствующего крана верхнего управляющего окна (при закрытых остальных). Недостатки закрытого гидропривода Оценивая эти установки, следует отметить, что их простота кажущаяся, поскольку они должны включать, кроме собственно гидропривода, системы компенсации утечек рабочей жидкости и стабилизации давления воздуха. Каждая из них содержит двигатель, компенсационный насос и компрессор, а также системы распределения и автоматику. Схема установки с комбинированным гидроприводом 1- силовой гидроцилиндр 2- промежуточный цилиндр 3- газовый аккумулятор 4- силовой насос 5- распределитель 6- бак Принцип работы УСШН с комбинированным гидроприводом Установка работает следующим образом (слайд 164). Система реверсирования управляет силовым насосом, обеспечивая необходимую подачу жидкости и направление потока. При подходе к крайним положениям направление потока жидкости изменяется на противоположное. Давление азота в газовом аккумуляторе 3 подбирается таким, чтобы нагрузка на двигатель при ходе штанг вверх и вниз была бы постоянной. Несмотря на сложность конструкции, значительные габариты и массу, некоторые неудобства в обслуживании, установки с пневматическим уравновешиванием имеют большую длину хода точки подвеса штанг, чем балансирные. Схема гидроприводной установки с грузовым уравновешиванием (1) 1- шкив 2- реверсивный гидромотор 3- золотниковый распределитель 4- силовой насос 5- бак 6- груз Принцип работы УСШН с грузовым уравновешиванием (1) В установках с гидроприводом, выполненных по открытой схеме и с грузовым уравновешиванием (слайд 166) в качестве аккумулятора энергии используется груз, соединенный гибкой связью со штоком. Гидропривод «открытый». Установка имеет мачту со шкивом 1 (или звездочкой) с перекинутым через него канатом (или цепью). Шкив приводится в действие высокомоментным реверсивным гидромотором 2, рабочая жидкость к которому поступает от силового насоса 4 через золотниковый распределитель 3. Система реверсирования (на рисунке не показана) обеспечивает переключение распределителя при подходе уравновешивающего груза 6 к крайним положениям. Схема гидроприводной установки с грузовым уравновешиванием (2) 1- силовой гидроцилиндр 2- груз 3- трос 4- шкив 5- силовой насос 6- бак 7- золотниковый распределитель 8- колонна штанг Преимущества и недостатки гидропривода с грузовым уравновешиванием К недостаткам установок с гибкой связью точки подвеса штанг к уравновешивающим устройствам относится необходимость применения десяти параллельно соединенных канатов диаметром 12— 15 мм при диаметре шкивов 1,5 м для обеспечения приемлемой долговечности при максимальной нагрузке в точке подвеса штанг 8—10 кН. Это приводит к увеличению габаритов установки. Использование в качестве гибкого элемента цепей делает необходимым применение специальных кожухов для защиты их от пыли и влаги, введение системы смазки. При этом срок их службы также невелик. К преимуществам использования гибких элементов по сравнению с гидравлическими относится отсутствие систем компенсации утечек. Схема гидроприводной установки с групповым уравновешиванием 1,6- силовой гидроцилиндр 2- золотниковый распределитель 3- силовой насос 4- бак 5- насос компенсации утечек Принцип работы УСШН с групповым уравновешиванием Установки с взаимным или групповым уравновешиванием предназначены для привода штанговых скважинных насосов, спущенных в расположенные рядом скважины с близкими параметрами (см. слайд 177). На устье одной из скважин располагается силовой орган — цилиндр и силовой блок, на устье второй — только гидроцилиндр, служащий одновременно уравновешивающим устройством. Нижние полости цилиндров 1 и 6 соединены трубопроводом и представляют замкнутый объем, постоянное количество жидкости в котором пополняется насосом 5 системы компенсации утечек из бака 4. Во время работы установки рабочая жидкость насосом 3 через распределительный золотник 2 направляется в верхние полости цилиндров 1 и 6. Направление движения поршней регулируется системой реверсирования, срабатывающей при подходе поршня левого цилиндра к крайним положениям: правый поршень при этом движется синхронно, но в противоположном направлении. Достоинства и недостатки гидропривода с групповым уравновешиванием К достоинствам группового привода следует отнести возможность получения больших длин ходов точек подвеса штанг и отсутствие специального фундамента, а к недостаткам — необходимость эксплуатации скважин с идентичными параметрами, снижение к.п.д. установки при увеличении расстояния между скважинами и, наконец, высокую металлоемкость установки вследствие большой массы соединительных труб. Схема гидроприводной установки с динамическим уравновешиванием 1- силовой гидроцилиндр 2- поршень 3- шток 4- золотниковый распределитель 5- силовой мотор- насос 6- маховик 7- электродвигатель 8- разгрузочный клапан 9- реле тока 10- обратный клапан 11- предохранительный клапан 12- бак 13- колонна НКТ 14- цилиндр скважинного насоса 15- плунжер скважинного насоса 16- колонна штанг 17- устьевой шток Принцип действия УСШН с гидроприводом с динамическим уравновешиванием При движении штанг вверх энергия для подъема столба жидкости и колонны штанг подводится от электродвигателя и маховика. При ходе штанг вниз потенциальная энергия штанг посредством гидропривода передается маховику, который ее запасает. Помимо этого, при ходе штанг вниз электродвигатель также передает свою энергию маховику. Таким образом, при ходе штанг вверх кинетическая энергия маховика расходуется на подъем колонны штанг и жидкости, а при ходе штанг вниз маховик накапливает энергию штанг и приводного двигателя. Схема гидроприводной установки с уравновешиванием колонной НКТ 1- силовой гидроцилиндр 2- поршень 3- шток 4- трубный гидроцилиндр 5- полый шток 6- фальшток 7- тяги 8- золотниковый распределитель 9- силовой насос 10- бак 11- траверса 12- колонна штанг 13- колонна НКТ 14- плунжер скважинного насоса 15- цилиндр скважинного насоса 16- переливной клапан 17- гибкий шланг Принцип работы УСШН с гидроприводом с уравновешиванием колонной НКТ Подаваемая насосом из бака жидкость через распределитель направляется попеременно в верхние полости штангового 1 и трубного 4 цилиндров. В результате их поршни совершают синхронное оппозитное движение, перемещая колонну штанг и труб в противоположных направлениях. Сумма абсолютных перемещений штанг и труб соответствует длине хода штанг относительно труб (без учета их деформаций), т. е. плунжера относительно цилиндра скважинного насоса. Уравновешивание установки достигается подбором такого соотношения длин ходов поршней цилиндров, при котором загрузка двигателя при ходе штанг вверх и вниз будет постоянной. Рабочий цикл скважинного насоса совершается за двойной ход штанг (труб). Пластовая жидкость поднимается по колонне НКТ и отводится через гибкий шланг 17. Достоинства и недостатки УСШН с гидроприводом с уравновешиванием при помощи колонны НКТ Премущества: принципиальная схема такой установки обеспечивает возможность компоновки всех ее узлов в виде моноблока, монтируемого непосредственно на колонной головке скважины. Таким образом, впервые отказались от сооружения специального фундамента под установку. Недостатки: необходимость наличия лубрикатора в трубной головке для герметизации движущейся колонны НКТ. Бесштанговый гидропоршневой насос а) начало хода вниз б) начало хода вверх 1- уплотнения агрегата в седле 2- скважинный агрегат гидропоршневого насоса 3- седло агрегата, спущенное на НКТ 4- пакер Бесштанговый гидропоршневой насос Групповая установка гидроштангового скважинного насоса состоит из скважинных агрегатов (агрегат — это насос и гидропривод с золотниковым распределением), насосно-компрессорных труб для подачи рабочей жидкости к погружному гидроприводу и подъема смеси добытой и отработанной рабочей жидкости, оборудования устья скважин, поверхностных силовых насосов, системы подготовки рабочей жидкости и вспомогательного оборудования. Силовые насосные агрегаты размещают в укрытии. В отдельном блоке располагают оборудование системы подготовки рабочей жидкости — трехфазный и гидроциклонные сепараторы, вспомогательный и дозировочный насосы В третьем блоке размещают щитовое оборудование электроснабжения установки. В качестве рабочей жидкости используют очищенную нефть, добытую из эксплуатируемого пласта с объемным содержанием пластовой воды в нефти до 5 % и механическими примесями не более 1,5 г/л. Свободный газ должен быть удален из нефти. При необходимости в рабочую жидкость добавляют различные ингибиторы. Оборудование устья при добыче нефти при помощи бесштангового гидропоршневого насоса 1- кран- переключатель 2- мачта 3- ручной тельфер 4- фиксатор Подземный ремонт скважин Подземный ремонт скважин Подземный ремонт скважин связан с подъемом из скважины и спуском оборудования, инструмента, различных приборов, а также с закачкой в скважину технологических жидкостей. Для этого применяются следующие способы ремонта: 1. С помощью скважинного трубопровода, собираемого из отдельных труб; 2. С помощью скважинного трубопровода из гибких труб, наматываемых на барабан; 3. С использованием канатной техники или на кабеле. Виды операций при КРС Подземный ремонт скважин Для доставки технологических жидкостей используются скважинные трубопроводы, межтрубное (если скважинных трубопроводов несколько) и затрубное пространство. Как правило, при применении нескольких скважинных трубопроводов, их размещают концентрично по типу "труба в трубе". Параллельное подвешивание требует больших диаметров обсадных колонн и специального оборудования, например пакеров с двумя параллельно расположенными стволами. Поэтому такое подвешивание не нашло широкого применения в нашей стране. Подземный ремонт скважин Подземный ремонт может проводиться при открытом и закрытом или герметизированном устье. В первом случае скважину необходимо останавливать путем ее глушения и замещения внутрискважинной жидкости на безопасную жидкость с целью снижения ее агрессивного воздействия на бригаду подземного ремонта и окружающую среду. Глушение скважины, как правило, существенно ухудшает состояние призабойной зоны скважины и может привести к снижению ее дебита. Подземный ремонт скважин Во втором случае ремонт производится без глушения скважины, что не приводит к снижению ее дебита после ремонта, улучшает условия работы бригады подземного ремонта и снижает вероятность загрязнения окружающей среды. Но при этом требуется сложное дорогостоящее оборудование, включающее устьевые превенторы и уплотнение устья, способное обеспечивать герметичный пропуск труб с муфтами. Кроме того, в отличие от ремонта при открытом устье, где спуск оборудования происходит под его собственным весом, в этом случае необходимо использование специальных устройств на устье, обеспечивающих создание осевой нагрузки на трубы для проталкивания колонны в скважину при больших давлениях на нем. Подземный ремонт скважин В последнее время ремонт при герметизированном устье получил широкое распространение при использовании установок с гибкими трубами (см. слайд 187). Это объясняется: существенным упрощением устьевого оборудования вследствие отсутствия муфт на трубах и выполнения труб, наматываемых на барабан; возможностью быстрого проведения спускоподъемных операций и широкого применения средств автоматизации и контроля. Подобные технологии все больше используются в нашей стране для борьбы с парафиновыми, гидратными пробками. Известно их применение для спуска исследовательских приборов, установки газлифтных клапанов, т.е. в случаях, где необходим быстрый спуск приборов при герметизированном устье. С использованием азотных технологий, т.е. мобильных азотных установок для генерации азота и его применения для различных технологических процессов освоения и ремонта скважин, получили широкое распространение установки с трубами. Азот позволяет обеспечить безопасное ведение работ. Проект PLUTON Pipes Line Under The OceaN Схема установки с гибкими трубами для подземного ремонта скважин 1- циркуляционный переводник 2- гибкие НКТ 3- колонная головка 4- дроссель 5- отводная линия 6- циркуляционный тройник с дросселем противодавления и задвижкой 7- сдвоенный превентор 8- сальниковая коробка 9- индикатор веса 10- инжекторная головка для извлечения и подачи гибких труб 11- выпрямляющее устройство 12- подъемный кран инжектора 13- барабан с гибкими НКТ 14- кабина оператора 15- энергетический блок Технология спирального шва |