Тип насоса | Наружный диаметр насоса, мм | Диаметр насоса, мм | Подача, м3/сут | Давление, МПа |
А В д Е | для всех типов | 36,5 44,5 44,5 44,5 | 111,8 172,7 172,7 381,5 | 26,5 |
В нашей стране также было освоено промышленное производство установок гидропоршневых насосов типа УГН конструкции ОКБ БН. Оборудование этих установок предназначено для эксплуатации в условиях Западной Сибири и Крайнего Севера, в труднодоступных и малообжитых районах [3].
В комплект установок входят технологический блок подготовки рабочей жидкости, блок управления; оборудование устья скважин; гидропоршневые насосные агрегаты; пакерные устройства.
Оборудование установок рассчитано на эксплуатацию от 2 до 8 скважин при открытой системе циркуляции рабочей жидкости. В технологическом блоке проводится подготовка поступившей из скважины жидкости, в дальнейшем используемой в качестве рабочей для привода гидропоршневых насосов.
Продукция скважин поступает в гравитационный сепаратор вместимостью 16 м3, где водонефтяная эмульсия расслаивается на три фазы: газообразную, водосодержащую и нефть. Поступающая из средней части сепаратора нефть обеспечивает привод погружных насосов. Газообразная и водосодержащая фракции, а также избыточная нефть поступают в сборный нефтепромысловый коллектор. В сепараторе происходит и первичная (грубая) очистка рабочей жидкости от мехпримесей. Поступившая из сепаратора предварительно очищенная нефть попадает на прием центробежных подпорных насосов и далее на батарею гидроциклонов, где осуществляется вторичная (тонкая) очистка от мехпримесей. Часть жидкости, содержащая мехпримеси, сбрасывается с гидроциклонов в сборный коллектор, другая поступает на прием силовых насосных агрегатов. В качестве насосных агрегатов в УГПН применяются трех- и пятиплунжерные агрегаты марки PCR, давление нагнетания которых достигает 20 МПа, производительность соответственно 5,76 и 9,6 м3/ч. От силовых агрегатов жидкость направляется в распределительную гребенку. В линию между агрегатами и гребенкой встроен трубопровод от дозировочного насоса, обеспечивающего подачу различных ПАВ и деэмульгаторов в рабочую жидкость. Распределительная гребенка состоит из восьми (по числу эксплуатируемых скважин) регуляторов расхода и регулятора давления, через который избыточная жидкость сбрасывается с гребенки на вход в подпорные насосы. От каждого регулятора расхода на оборудование устья одной из скважин подается необходимое количество рабочей жидкости.
Все оборудование технологического блока размерами 3x12 м имеет взрывобезопасное исполнение. В блок-боксе управления размерами 3x6 м размещено комплектное устройство защиты и управления электрооборудования установки, системы контроля и пожаротушения.
Многоканальное оборудование устья скважины предназначено для подвески колонн НКТ, изменения направления движения рабочей и добываемой жидкостей и приема гидропоршневого насоса. Оборудование оснащено центральной и магистральными задвижками, четырехходовым трехпозиционным краном и лубрикатором (приемной камерой).
Пакерное устройство типа УП-Д-35 применяется для отделения зоны всасывания от зоны нагнетания гидропоршневого насосного агрегата и охватывает диапазон внутренних диаметров обсадных колонн скважин 117,7...155,3 мм. Устройство, состоящее из пакера и разъединителя колонны, спускается в скважину на заданную глубину на колонне НКТ. Посадка пакера осуществляется подачей жидкости под высоким давлением в НКТ, а отсоединение от колонны — подачей жидкости в затрубное пространство. После установки пакера спускается седло гидропоршневого агрегата, уплотняющееся своим хвостовиком в стволе пакера. Колонна НКТ, заканчивающаяся седлом, подвешивается на устье скважины.
Насосный агрегат состоит из гидропоршневого насоса сбрасываемого типа, седла и обратного клапана.
Гидропоршневой насос, является исполнительным механизмом, непосредственно осуществляющим откачку пластовой жидкости из скважины. Это насос двустороннего действия, жестко связанный полым штоком с гидродвигателем двойного действия, выше которого находится распределительное золотниковое устройство, предназначенное для изменения направления движения рабочей жидкости в зависимости от положения поршневых групп. Команда на переключение золотникового устройства поступает от узла распределения, расположенного между поршневой группой насоса, оснащенной двумя узлами групповых шариковых клапанов, и гидродвигателем.
Седло агрегата предназначено для образования в паре с насосом герметично разделенных полостей различного давления, для чего насос оснащен резиновыми манжетами. С помощью седла, рабочая жидкость подводится к насосу и узлу распределения, отводится добытая пластовая жидкость. При работе насоса шарик обратного сбрасываемого клапана агрегата за счет избыточного пластового давления, приподнимается и открывает свободный доступ на прием насоса. При выпрессовке насоса из седла шарик клапана под действием силы тяжести и давления рабочей жидкости опускается в седло, исключая возможность Перетока жидкости из седла в зону всасывания насоса и обеспечивая вып-рессовку.
В 1988 — 1989 гг. освоено серийное производство установок гидропоршневых насосов УГН100-200-18, УГН25-150-25, УГН40-250-20 и УГН1СО-380-15.
Установки применяются для добычи нефти из 2—8 наклонно направленных скважин с содержанием в пластовой жидкости мех-примесей до 0,1 и сероводорода до 0,01 г/л, воды до 99 % и температурой в зоне подвески гидропоршневого агрегата до 120 °С.
Основные параметры установок приведены в табл. 3.2.
Поскольку во всех установках используются гидропоршневые насосы условного габарита для НКТ диаметром 73 мм, сква-жинное оборудование для них универсально.
Таблица 3.2
Установка | Подача, м3/сут | Давление МПа | Подача насосов, м3/ч | |
всей установки | одного погонного метра | |||
УГН25-150-25 | 11,5 | |||
УГН40-250-20 | 19,2 | |||
УГН100-200-18 | 11,5 | |||
УГН160-380-15 | 19,2 |
Наземное оборудование также в значительной степени унифицировано и отличается в наземной гидравлической станции только мощностью силовых насосных агрегатов и комплектным устройством защиты и управления.
Базовым представителем ряда установок этого типа является УГНЮО-200-18, опытный образец которой прошел промышленные испытания на Западно-Сургутском месторождении ПО Сургутнефтегаз. На промыслах ОАО «Сургутнефтегаз» накоплен значительный опыт эксплуатации нефтяных скважин УГПН как отечественного, так и иностранного производства. На Западно-Сургутском месторождении проводится эксплуатация комплекса оборудования гидропоршневых насосов фирмы Kobe (США). В процессе эксплуатации подтвердилось предположение о достаточно высокой работоспособности и надежности этого вида оборудования в условиях месторождений с большим содержанием серы, смол и парафина в добываемой продукции.
Особый интерес представляют результаты работы гидропоршневых насосов, обеспечивающих откачку высокообводненной нефти с мехпримесями.
Определены основные узлы и элементы насосов, изменение геометрии рабочих поверхностей которых приводит к снижению работоспособности. Так, износ рабочих поверхностей золотника приводит к выходу насоса из строя, а износ пары поршень — цилиндр — к снижению объемного КПД.
Ниже приведены величины износа (мм) подвижных пар трения насоса, отработавшего в скв. № 612 (наработка на отказ — 366 сут, или 15x106 циклов).
По головке золотника:
верхней................................................0,043-0,068
средней................................................0,010-0,040
нижней...........................................................0,023
Золотник — управляющая втулка...............0,020
Верхний поршень — цилиндр...........0,043-0,072
Нижний поршень — цилиндр...........0,025-0,030
Следует отметить, что определяющей характеристикой долговечности работы насоса является число совершенных циклов двойных ходов подвижных элементов, а не суточная наработка, так как износ пар трения зависит от их пробега.
Аналогичные работы по определению интенсивности и степени износа рабочих поверхностей основных деталей (золотник, цилиндр, поршень) были проведены и по отечественному насосу 1ГН59-89-160-15 №3, спущенному в скв. 1118 на кусте 83 Западно-Сургутского месторождения в составе опытной установки.
К рабочим поверхностям деталей предъявляются высокие требования по твердости и износостойкости.
В ОКБ БН проводились стендовые испытания гидропоршневых насосов для определения влияния степени износа рабочих поверхностей основных деталей на работоспособность конструкции. Установлено, что она зависит как от величины зазоров подвижных пар трения, так и от кинематической вязкости жидкости, применяемой в качестве рабочей в системе гидропривода. Так, при одних и тех же значениях суммарных зазоров потеря работоспособности при кинематической вязкости v = 5 мм2/с наступает гораздо ранее, чем при v = 10... 12 мм2/с. Большое значение имеют заложенные при- изготовлении зазоры, определяемые технологическими возможностями обрабатывающего оборудования и методами упрочнения поверхностей.
В процессе изготовления детали упрочняются, как правило, методом азотирования или нанесения слоя твердого хрома, благодаря чему поверхности имеют твердость HRA 80 и приобретают некоторую стойкость к коррозии [3].
Метод ионной азотации позволяет упрочнять поверхности при более низкой температуре, чем при обычной газовой азотации. При этом практически полностью исключается поводка даже тонкостенных цилиндрических деталей, в результате чего отпадает необходимость в последующей обработке.
Ответные азотированным детали желательно упрочнять методом хромирования. Рабочая пара «хром—азотация» хорошо противостоит износу при работе в жидкой среде, содержащей твердые абразивные частицы и обладающей слабо-выраженными антифрикционными свойствами.
Совершенствование гидропоршневых насосов требует реализации технических решений, обеспечивающих повышение работоспособности и эффективности конструкции при использовании воды в качестве рабочей жидкости, применяемой при добыче нефти с повышенным содержанием газа, коррозионно-активных веществ, механических примесей.