Поверхностное оборудование гидропоршневых насосных установок

 

Наземные насосные агрегаты могут применяться как для при­вода одного ГПНА, так и для нескольких, расположенных в раз­личных скважинах. Для распределения жидкости между ними используются распределительные гребенки со стабилизаторами расхода рабочей жидкости. Поверхностное оборудование гидро­поршневых насосных установок различается:

— по типу принципиальной схемы циркуляции рабочей жид­кости (открытая или закрытая);

— по числу ГПНА, обслуживаемых одной наземной установ­кой (индивидуальные или групповые).

Рассмотрим основные особенности установок.

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 на поверхность по общему каналу.

Недостатком первой схемы является большая металлоем­кость, поскольку от устья к погружному агрегату необходимо спустить три герметичных трубопровода: для подачи рабочей жидкости к агрегату, для ее отвода и для подъема пластовой жидкости. Достоинством этой схемы являются незначительные потери рабочей жидкости, определяемые только лишь утечка­ми из системы привода. Следует заметить, что производитель­ность системы подготовки рабочей жидкости всей установки в значительной степени зависит от качества подготовки рабочей жидкости.

Установки с открытой схемой обладают меньшей металлоем­костью, так как предполагают каналы только для двух потоков жидкости — сверху вниз — рабочей, а снизу вверх — смеси ра­бочей и пластовой жидкости. Соответственно проще и оборудо­вание устья. Недостатком этой системы является необходимость обработки большого количества рабочей жидкости, что требует применения сложных и высокопроизводительных систем для ее подготовки.

Принципиальные схемы установок обоих типов приведены на рис. 6.7. 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 (ГПНА). Скважинный насос 5 ГПНА, приводимый в действие двигателем 4 забирает пластовую жидкость из скважины и по колонне труб 6 направляет ее вверх. В установке с открытой схемой рабочая жидкость поднимается на поверхность по колонне труб 6, а в уста­новке с закрытой схемой — по отдельной колонне 7.

В установке с открытой схемой смесь пластовой и рабочей жидкости из колонны 6 направляется в устройство подготовки рабочей жидкости 8, из которого очищенная нефть по трубо­проводу 9 поступает на прием силового насоса 2, а остальная часть потока вместе с отдельными примесями направляется в сборный промысловый коллектор.

Рис. 6.7. Принципиальные схемы обустройства поверхностного оборудования гидропоршневых насосных установок(слева — открытая, справа — закрытая).

 

В установке с закрытой схемой рабочая жидкость возвраща­ется в буферную емкость устройства подготовки 8,откуда трубо­проводом 9направляется на прием силового насоса 2.Пласто­вая жидкость из колонны 7 отводится в сборный промысловый коллектор, а небольшая часть жидкости (1—2 %) по трубопрово­ду 10направляется в устройство подготовки 8для компенсации потерь рабочей жидкости.

По принципу действия скважинного насоса ГПНА существу­ющие конструкции можно разделить на группы с насосами оди­нарного, двойного и дифференциального действия.

Блок подготовки рабочей жидкости имеет параметры, обус­ловленные, прежде всего, типом гидравлической схемы установки: закрытой или открытой. В первом случае его производитель­ность составляет 1—3 % от подачи силового насоса, во втором — до 50 %.

Как правило, в качестве рабочей жидкости используется сы­рая нефть, после того как из нее удалены свободный и раство­ренный газ, вода, абразив. Если подготовка рабочей жидкости в малых количествах при использовании закрытых схем не вызы­вает трудностей, то очистка ее для установок с открытой схемой достаточно сложна.

Высокие требования к качеству рабочей жидкости предопре­деляются, в конечном счете, долговечностью, которой должны обладать и силовой насос и ГПНА. Невыполнение этого требования, например, в отношении содержания абразива будет при­водить к интенсивному изнашиванию пар трения: плунжер- уп­лотнение в насосе, поршень — цилиндр, детали золотника и клапанов в ГПНА, увеличение содержания коррозионно-активных компонентов — к коррозии внутренних полостей, в том числе и рабочих поверхностей, гидросистемы.

На энергетические показатели установок большое влияние оказывает вязкость нефти — превышение определенного ее зна­чения приводит к резкому снижению КПД, что обусловливается повышением потерь давления на жидкостное трение.

В настоящее время в установках ГПНА для добычи высоко­вязких нефтей в качестве рабочей жидкости используется вода со специальной присадкой, обеспечивающей хорошие смазы­вающие свойства и являющейся ингибитором коррозии. При­менение ее приводит к увеличению КПД, но одновременно по­вышает требования к герметичности резьбовых соединений ко­лонн насосно-компрессорных труб. Вопрос о рациональной сте­пени очистки рабочей жидкости определяется на основании технико-экономических расчетов, в основу которых заклады­ваются с одной стороны стоимость подготовки рабочей жидко­сти, а с другой стороны — стоимость ремонта или замены обо­рудования, выход, из строя которого обусловлен качеством подготовки жидкости. С учетом того, что ухудшение качества подготовки жидкости приводит к необходимости замены пар плунжер-уплотнение в силовом насосе и замене всего агрегата ГПНА на новый, занимающий при применении свободного ГПНА порядка 4 ч, в ряде случаев считается целесообразным при применении открытых гидравлических схем рабочую жид­кость отстаивать в резервуаре и доводить содержание абразива до 0,5 г/л. Схема простейшей установки для подготовки рабо­чей жидкости включает трехфазный сепаратор, отделяющий свободный газ и воду от нефти, и буферную емкость для хране­ния и отстаивания нефти представлена на рис. 6.8. Иногда в эту схему включается устройство для дозирования и подачи в рабочую жидкость химических реагентов, например, для внутрискважинного деэмульгирования пластовой жидкости.

 

Рис. 6.8. Схемы компоновки поверхностного оборудования гидропоршневой насосной установки фирмы TRIKO Industries, Inc (США) при обвязке и эксплуатации одной скважины и группы скважин.