Факторы, осложняющие эксплуатацию | Оборудование для подъема жидкости из скважин | ||||||
Штанговые | Электроприводные | Гидроприводные | Газлифт | ||||
Плунжерные | Винтовые | Центробежные | Диафрагменные | Поршневые | Струйные | ||
Море | X | X | XX | XX | XXX | XXX | XX |
Пустыня | XX | XX | X | X | XX | XXX | XX |
Городская зона | XX | XX | XX | XXX | XXX | XX | |
Одиночные скважины | XXX | X | X | X | XXX | XXX | |
Куст скважин | X | XX | XX | XX | XXX | XXX | XXX |
Большая глубина | X | XXX | XXX | XX | |||
Низкое забойное давление | XXX | XX | XX | XX | XXX | X | X |
Высокая температура | XX | XX | XXX | XXX | |||
Вязкая жидкость | X | XXX | XX | XX | X | ||
Коррозионная жидкость | X | X | XXX | XXX | XXX | XX | |
Наличие песка | X | XXX | X | X | XX | ||
Солеотложения | X | X | X | XX | XX | XX | |
Опасность образования эмульсии | XX | XX | X | X | XXX | X | |
Высокий газовый фактор | X | X | X | XX | XX |
Примечание. Оценка работы 0 — плохо, X — удовлетворительно, XX — хорошо, XXX — отлично.
К недостаткам этого способа можно отнести:
1. Неэффективность для небольших месторождений и одиночных скважин.
2. Плохую работу при добыче эмульсии и вязкой нефти
3. Низкую экономическую эффективность при обводненности продукции скважин более 85 %.
4. Необходимость персонала высокой квалификации.
5. Проблему безопасности из-за высокого давления газа.
6. Невозможность эксплуатации глубоких скважин до полного истощения.
В связи с вышеизложенным, область применения газлифта находится в зоне высокодебитных скважин.
Анализ состояния дел в нефтяной промышленности Российской Федерации показывает что в ближайшем обозримом будущем большая часть нефти будет добываться механизированным способом, в первую очередь — с помощью скважинных насосных установок
В настоящее время на нефтяных промыслах страны работает большое количество скважинных насосных установок всевозможных конструкций, выпускаемых различными фирмами
Цель настоящего издания – ознакомить работников нефтяной промышленности и машиностроительных отраслей с современными насосными установками для добычи нефти, их характеристиками и областями применения
ГЛАВА I.
УСТАНОВКИ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
СКВАЖИННЫЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ
Скважинные центробежные насосы являются многоступенчатыми машинами. Это обусловлено в первую очередь малыми значениями напора, создаваемым одной ступенью (рабочим колесом и направляющим аппаратом). В свою очередь небольшие значения напора одной ступени (от 3 до 6 — 7 м водяного столба) определяются малыми величинами внешнего диаметра рабочего колеса, ограниченного внутренним диаметром обсадной колонны и размерами применяемого скважинного оборудования — кабеля, погружного двигателя и т.д.
Конструкция скважинного центробежного насоса может быть обычной и износостойкой, а также повышенной коррозионной стойкости. Диаметры и состав узлов насоса в основном одинаковы для всех исполнений насоса.
Скважинный центробежный насос обычного исполнения предназначен для отбора из скважины жидкости с содержанием воды до 99 %. Механических примесей откачиваемой жидкости должно быть не более 0,01 массовых % (или 0,1 г/л), при этом твердость механических примесей не должна превышать 5 баллов по Моосу; сероводорода — не более 0,001 %. По требованиям технических условий заводов-изготовителей, содержание свободного газа на приеме насоса не должно превышать 25 %.
Центробежный насос коррозионностоикого исполнения предназначен для работы при содержании в откачиваемой пластовой жидкости сероводорода до 0,125 % (до 1,25 г/л).
Износостойкое исполнение позволяет откачивать жидкость с содержанием механических примесей до 0,5 г/л.
Рабочим органом скважинного центробежного насоса служит ступень насосная (СН) с цилиндрическими (ЦЛ) или наклонно-цилиндрическими лопатками (НЦЛ), состоящая из рабочего колеса и направляющего аппарата (рис 1.1).
Рис. 1.1. Ступень ЭЦН
1 — направляющий аппарат; 2, 4 — кольцевые безлопаточные камеры; 3 — рабочее колесо; 5 — нижняя опорная шайба; 6 — защитная втулка; 7 — верхняя опорная шайба; 8 — вал.
Ступени с ЦЛ применяются на номинальные подачи до 125 м3/сут (включительно) в насосах с наружным диаметром 86 и 92 мм, до 160 м3/сут в насосах с диаметром 103 мм и до 250 м3/сут в насосах с диаметром 114 мм.
Ступени с НЦЛ применяются в насосах с большей подачей. В области своего применения ступени с НЦЛ имеют более высокий КПД и более, чем в 1,5 раза увеличенную подачу, чем ступени с ЦЛ в тех же диаметральных габаритах. Наружный диаметр ступеней 70, 80, 90 и 100 мм.
Ступени размещаются в расточке цилиндрического корпуса каждой секции. В одной секции насоса может размещаться от 39 до 200 ступеней в зависимости от их монтажной высоты. Максимальное количество ступеней в насосах достигает 550 штук.
Для возможности сборки ЭЦН с таким количеством ступеней и разгрузки вала от осевой силы применяется плавающее рабочее колесо. Рабочее колесо в насосе не фиксируется на валу в осевом направлении и удерживается от проворота призматической шпонкой. Колесо может свободно перемещаться в осевом направлении в промежутке, ограниченном опорными поверхностями направляющих аппаратов.
Колесо опирается на индивидуальную для каждой СН осевую опору, состоящую из опорного бурта направляющего аппарата предыдущей ступени и антифрикционной износостойкой шайбы, запрессованной в расточку рабочего колеса; при этом утечка через переднее уплотнение колеса практически равна нулю. Но механический КПД ступени с плавающим рабочим колесом снижается из-за потерь трения в нижней опоре колеса. Величина этих потерь в первом приближении пропорциональна осевой силе, действующей на рабочее колесо ступени.
Относительная характеристика ступени насоса представлена на рис 1.2. Под относительной величиной понимается отношение фактической величины к соответствующей величине на оптимальном режиме, при котором КПД достигает максимального значения [3].
На режимах, примерно на 10% превышающих подачу нулевой осевой силы, рабочее колесо СН может «всплыть», т.е. переместиться вверх вплоть до упора, выполненного в виде верхней осевой опоры, состоящей из опорного бурта на направляющем аппарате и шайбы, запрессованной в расточку рабочего колеса. Всплытие рабочего колеса сопровождается скачкообразным снижением напора, КПД и резким повышение потребляемой мощности при увеличении подачи. При уменьшении подачи от режима открытой задвижки рабочее колесо может опускаться в нижнее положение при значениях относительной подачи q = 0,9 – 1,0.
Рис. 1.2. Относительная характеристика ступени:
1 — относительный КПД (h); 2 — относительный напор (Н); 3 — относительная осевая сила (Р ос); 4 — относительная мощность (N); q — относительная подача; Q — фактическая подача; Q о — оптимальная подача, соответствующая максимальному КПД.
Наиболее распространенный в настоящее время способ разгрузки колеса от осевой силы в ступенях с НЦЛ — создание при помощи выполненного у колеса второго верхнего уплотнения камеры за ведущем диском колеса, в котором давление с помощью отверстий в ведущем диске уравнивается с давлением у входа в колесо (рис. 1.3, а). Разгрузка рабочего колеса позволяет существенно снизить осевую силу. Такие ступени по сравнению с аналогичными ступенями с неразгруженными рабочими колесами имеют ряд преимуществ: повышенный ресурс работы индивидуальной нижней опоры рабочего колеса, увеличенный КПД ступени.
Рис. 1.3. Конструкции ступеней: