Механизированный способ добычи нефти

При механизированном способе добычи подъем нефти из пласта на поверхность осуществляется при помощи газлифта (компрес­сорного и бескомпрессорного), электроцентробежных насосов и штанговых глубинных насосов.

Газлифтная эксплуатация нефтяных скважин является как бы продолжением фонтанного способа добычи с той разницей, что при фонтанировании источником энергии служит газ, поступаю­щий вместе с нефтью из пласта, а при газлифтной эксплуатации подъем жидкости осуществляется при помощи сжатого газа, нагнетаемого в скважину с поверхности. Газ на поверхности сжимают в компрессорах или используют газ высокого давления из ближайших газовых месторождений или газоносных пластов. В первом случаегазлифт называется компрессорным, во втором — бескомпрессорным.

Оборудование газлифтной скважины почти не отличается от оборудования фонтанных скважин, только в подъемных трубах устанавливают газлифтные клапаны с интервалом, зависящим от глубины скважины. Три верхних клапана пусковые — роль их сводится к обеспечению снижения уровня столба жидкости в скважине с целью возбуждения при-

тока из пласта в момент освоения скважины. Нижний газлифтный клапан — рабочий, через него поступает в подъемник газ высокого давления, нагнетаемый в за трубное пространство. Пусковые клапаны при работе газлифтной скважины закрыты.

При непрерывной подаче сжатого газа в подъемник жидкость, поступающая из пласта в подъемные трубы, разгазируется, поднимается до устья скважины и поступает в выкидную линию скважины. Для повышения устойчивости работы газлифтных скважин в эксплуатационной колонне выше продуктивного пласта устанавливают паке, состоящий из металлического остова и ре­зиновых манжет для перекрытия затрубного пространства. Обслуживание газлифтной скважины практически не отличается от

обслуживания фонтанной скважины. При отклонениях дебита газлифтной скважины от нормального оператор по добыче нефти при помощи регулятора расхода газа в газораспределительной будке регулирует объем подачи газа для обеспечения оптимального дебита скважины.

В связи с низким коэффициентом полезного действия газлифтных подъем­ников и значительными первоначаль­ными капитальными вложениями на строительство компрессорных станций и газопроводов высокого давления для подачи газа на газлифтные скважины, газлифтная эксплуатация применяется для подъема в основном легких нефтей имеющих большие газовые фак­торы (свыше 120 м3/м³). В таких слу­чаях расходы газа, нагнетаемого в газ­лифтные скважины с поверхности, на­ходятся в умеренных пределах и газ­лифтная добыча вполне себя оправды­вает.

Насосная эксплуатация скважин. При насосной эксплуатации подъем жидкости из скважин на поверхность осуществляется насосами — в основ­ном штанговыми и бесштанговыми (по-гружными электроцентробежными).

Откачка нефти из скважин при по­мощи штанговых глубинных насосов

получила широкое распространение в силу их простоты и сра­внительной дешевизны. Штанговые насосы позволяют отби­рать нефть с глубин до 2500 м. Глубиннонасосными установками можно отбирать до 500 м³ жидкости в сутки в зависимости от диаметра и глубины спуска насоса.

Схема глубиннонасосной установки приведена на рис. 12. Основными элементами ее являются: колонна насосных труб и глубинный насос с плунжером, подвешенный на штангах. Пере­численные элементы относятся к подземному оборудованию сква­жины. Глубинный насос приводится в движение от станка-

качалки, расположенного на поверхности земли и состоящего из бадансира, шатунно-кривошипного механизма и двигателя.

Глубинный насос представляет собой обычный поршневой насос одинарного действия с проходным поршнем (плунжером).

В нижней части насоса установ­лен приемный клапан 1, открыва­ющийся только вверх. Плунжер насоса, несущий на себе нагнета­тельный клапан 2, подвешивается на колонне насосных штанг 3. Верхняя штанга пропускается через устьевой сальник 5 и соеди­няется с головкой балансира 6 станка-качалки. При помощи ша­тунно-кривошипного механизма 7, 8 головка 10 балансира пере­дает возвратно-поступательное движение колонне штанг и подве­шенному на них плунжеру. Станок приводится в действие электродвигателем 9 через си­стему передач.

При ходе штанг вверх верх­ний клапан 2 закрыт, так как на него действует давление вы­шележащего столба жидкости. При этом под действием столба жидкости в кольцевом прост­ранстве открывается приемный клапан 1 и жидкость поступает в цилиндр насоса. При ходе плунжера вниз нижний клапан закрывается, а верхний откры­вается и через полый плунжер жидкость выдавливается из ци­линдра насоса в насосные трубы.

При непрерывной работе на­соса в результате подкачки жид­

кости уровень последней в насосных трубах поднимается до устья и она поступает в выкидную линию через тройник 4.

Станки-качалки оснащаются средствами для их отключения в случае обрыва штанг или при появлении ударных перегрузок, при повышении или понижении давления в нагнетательном тру­бопроводе, при обрыве фаз или токовых перегрузках и коротких замыканиях электродвигателя.

Работа станков-качалок регулируется блоком управления типа БУС-2, в который входит пусковая и другая электромехани­ческая аппаратура, обеспечивающая взаимосвязанную работу

средств автоматизации и технологического оборудования уста­новки.

Штанговые насосные установки имеют серьезные недостатки — тяжелое громоздкое оборудование при больших глубинах скважин, опасность раз­

личных неполадок, аварий со штангами вследствие больших нагрузок, огра­ниченное применение для добычи нефти в наклон­ных скважинах, не всегда достаточная производи­тельность для отбора боль­ших объемов жидкости, особенно из сильно обвод­ненных скважин. В связи с этим в настоящее время все большее применение находят насосные уста­новки с новым принципом действия. Основной осо­бенностью их является пе­ренос двигателя на забой скважины и устранение штанг — наиболее уязвимо­го звена глубинно-насосных установок. Из бесштанго­вых насосных установок наиболее широко приме­няются погружные элек­троцентробежные насосы (ЭЦН). Преимуществами электроцёнтробежных на­сосов являются простота обслуживания, высокая производительность (до 1500 м3/сут), относительно большой межремонтный период работы (15—20 мес., иногда и более). Они могут успешно работать как в вертикальных, так и в наклонных скважинах.

Погружной электроцентробежный насос (рис. 13) состоит из расположенных вертикально на общем валу многоступенчатого центробежного насоса, электродвигателя и протектора, служа­щего для защиты электродвигателя от попадания в него пластовой жидкости. Питание электродвигатель получает по бронированному

кабелю, спускаемому вместе с насосными трубами, у баш­мака которых устанавливается насос. Управление работой и отключение в случае аварии погружного электроцентробежного насоса производится специальной автоматической станцией уп­равления БУС-2, устанавливаемой в будке недалеко от устья скважины. В этой же будке устанавливается автотрансформатор для компенсации падения напряжения в бронированном кабеле.

Длина насоса определяется его типом и числом ступеней и изменяется от 5,1 до 10,8 м. От числа ступеней зависит и напор насоса. Протектор помимо защиты электродвигателя от попадания пластовой жидкости служит также для подачи по мере расхода жидкого масла в электродвигатель и консистентной смазки в подшипники насоса.

На выкидной линии может быть установлен отсекающий клапан типа РОМ-1 для блокировки скважины в случае ее фонтанирования; при добыче парафинистой нефти предусматривается устрой­ство для запуска шаров.

Центробежный насос — насос, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.

Центробежные насосы, как правило, используются в системах водоснабжения или канализации. Этот вид насосов обладает высоким КПД. Они очень просты в эксплуатации и надежны. Центробежные насосы позволяют регулировать подачу и напор воды.

Для небольшой подачи воды используются консольные центробежные насосы, а при необходимости большой подачи воды более эффективными являются насосы двустороннего входа, имеющие в горизонтальной плоскости разъем.

Выбор насоса зависит, в первую очередь, от его назначения и объема подаваемой воды. При выборе типоразмера центробежного насоса учитывается не только его работа, но и работа всей системы.

Перед пуском центробежного насоса его внутренняя полость и всасывающий трубопровод должен быть залит жидкостью. Залить всасывающий трубопровод можно с помощью напорного трубопровода или отсасывания воздуха. Заливку можно прекратить только тогда, когда из воздушного клапана насоса начтет литься вода.

После заливки насоса необходимо открыть кран манометра и включить электродвигатель. При этом нужно обязательно следить, чтобы задвижка напорного трубопровода была закрыта. Кран вакуумметра и краны на трубах можно открыть только после того, как насос разовьет необходимую частоту вращения и давление. Изменение давления отслеживается с помощью манометра. После этого можно открывать задвижку напорного трубопровода. При открытой задвижке напорного трубопровода можно производить запуск насоса только в том случае, если это не приведет к перегрузке электродвигателя.

Принцип действия

Внутри корпуса насоса, который имеет, как правило, спиральную форму, на валу жестко закреплено рабочее колесо. Оно, как правило, состоит из заднего и переднего дисков, между которыми установлены лопасти. Они отогнуты от радиального направления в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса. С помощью патрубков корпус насоса соединяется с всасывающим и напорным трубопроводами.

Если корпус насоса полностью наполнен жидкостью из всасывающего трубопровода, то при придании вращения рабочему колесу (например, при помощи электродвигателя) жидкость, которая находится в каналах рабочего колеса (между его лопастями), под действием центробежной силы будет отбрасываться от центра колеса к периферии. Это приведёт к тому, что в центральной части колеса создастся разрежение, а на периферии повысится давление. А если повышается давление, то жидкость из насоса начнёт поступать в напорный трубопровод. Вследствие этого внутри корпуса насоса образуется разрежение, под действием которого жидкость одновременно начнёт поступать в насос из всасывающего трубопровода. Таким образом, происходит непрерывная подача жидкости центробежным насосом из всасывающего в напорный трубопровод.