Эксплуатация нефтяных и газовых скважин

Следует напомнить, что средняя по России подача по жидкости одной УЭЦН составляет 114.7 т/сут, а УШСН — 14.1 т/сут. 

 

Рисунок 4.10 — Общая  схема оборудования скважины установкой погружного центробежного насоса 

 

Все насосы делятся на две основные группы; обычного и износостойкого исполнения. Подавляющая часть действующего фонда насосов (около 95 %) — обычного исполнения.

Насосы износостойкого исполнения предназначены для работы в скважинах, в продукции которых имеется небольшое количество песка и других механических примесей (до 1 % по массе). По поперечным размерам все насосы делятся на 3 условные группы: 5; 5А и 6, что означает номинальный диаметр обсадной колонны, (в дюймах), в которую может быть спущен данный насос. Группа 5 имеет наружный диаметр корпуса 92 мм, группа 5А — 103 мм и группа 6 — 114 мм.

Пример условного обозначения  — УЭЦНМК5-50-1200, где У - установка; Э - привод от погружного электродвигателя; Ц - центробежный; Н – насос; М - модульный; К – коррозионно-стойкого исполнения; 5 – группа насоса; 50 - подача, м³/сут; 1200 – напор, м.

Электродвигатели в  установках применяются асинхронные, 3 фазные с короткозамкнутым ротором  вертикального исполнения ПЭД40-103 —  обозначает: погружной электродвигатель, мощностью 40 кВт, диаметром 103 мм. Двигатель заполняется специальным маловязким, высокой диэлектрической прочности маслом, служащим для охлаждения и смазки.

Для погружных электродвигателей  напряжение составляет 380-2300 В, сила номинального тока 24,5÷86 А при частоте 50 Гц, частота вращения ротора 3000 мин^–1, температура окружающей среды +50÷90⁰С.

Модуль-секция насос —  центробежный многоступенчатый, секционный. Число ступеней в насосном агрегате может составлять от 220 до 400.

При откачке электроцентробежными насосами пластовой жидкости, содержащей свободный газ, происходит падение их напора, подачи и кпд, а возможен и полный срыв работы насоса. Поэтому, если содержание свободного газа в жидкости на входе в насос превышает 25 % по объему, то перед насосом устанавливают газосепаратор.

Конструктивно газосепаратор  представляет собой корпус, в котором на валу, соединенном с валом насоса, вращаются шнек, рабочие колеса и камера сепаратора. Газожидкостная смесь закачивается с помощью шнека и рабочих колес в камеру сепаратора, где под действием центробежных сил жидкость, как более тяжелая, отбрасывается к периферии, а газ остается в центре. Затем газ через наклонные отверстия отводится в затрубное пространство, а жидкость — поступает по пазам переводника на прием насоса.

Применение газосепараторов  позволяет откачивать центробежными насосами жидкости с содержанием свободного газа до 55 %. 

 

Оборудование устья скважин, эксплуатируемых  глубинными центробежными насосами

Типичная  арматура устья скважины, оборудованной для эксплуатации УЭЦН (рисунок 4.11), состоит из крестовины 1, которая навинчивается на обсадную колонну.

В крестовине имеется  разъемный вкладыш 2, воспринимающий нагрузку от НКТ. На вкладыш накладывается уплотнение из нефтестойкой резины 3, которое прижимается разъемным фланцем 5. Фланец 6 прижимается болтами к фланцу крестовины и герметизирует вывод кабеля 4.

Арматура  предусматривает отвод затрубного газа через трубу 6 и обратный клапан 7. Арматура собирается из унифицированных узлов и запорных кранов. Она сравнительно просто перестраивается для оборудования устья при эксплуатации штанговыми насосами. 

 

Рисунок 4.11 — Арматура устья скважины, оборудованной УЭЦН 

4.3.3 Установки погружных  винтовых электронасосов

 

 

Погружные винтовые насосы стали применяться на практике сравнительно недавно. Винтовой насос — это насос объемного действия, подача которого прямопропорциональна частоте вращения специального винта (или винтов). При вращении винт и его обойма образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые передвигаются от приема насоса к его выкиду. Вместе с ними перемещается и откачиваемая жидкость.

Установки погружных  винтовых сдвоенных электронасосов типа УЭВН5 предназначены для откачки из нефтяных скважин пластовой жидкости повышенной вязкости (до 1.103 м²/с) температурой 70 ˚С, с содержанием механических примесей не более 0.4 г/л, свободного газа на приеме насоса — не более 50 % по объему.

Установка погружного винтового сдвоенного электронасоса (Рисунок 4.12) состоит из насоса, электродвигателя с гидрозащитой, комплектного устройства, токоподводящего кабеля с муфтой кабельного ввода. В состав установок с подачами 63, 100 и 200 м³/сут входит еще и трансформатор, так как двигатели этих установок выполнены соответственно на напряжение 700 и 1000 В.

Установки выпускаются  для скважин с условным диаметром  колонны обсадных труб 146 мм.

С учетом температуры  в скважине установки изготавливают  в трех модификациях:

·         для температуры 30 ˚С (А);

·         для температуры 30 ¸ 50 ˚С (Б);

·         для температуры 50 ¸ 70 ˚С (В, Г).

В обозначении установок  в зависимости от температуры  добываемой жидкости введены буквы  А, Б и В (Г). Например, УЭВН5-16-1200А или УЭВН5-200-900В. 

 

Рисунок 4.12 — Установки  погружного винтового сдвоенного электронасоса

1 — трансформатор; 2 — комплектное устройство; 3 — пояс крепления кабелей; 4 — НКТ; 5 — винтовой насос; 6 — кабельный ввод; 7 — электродвигатель с гидрозащитой. 

 

Установки обеспечивают подачу от 16 до 200 м³/сут, давление 9 ¸ 12 МПа; КПД погружного агрегата составляет 38 ¸ 50 %; мощность электродвигателя 5.5, 22 и 32 кВт; масса погружного агрегата 341 ¸ 713 кг; частота вращения — 1500 мин^-1.  

4.3.4 Установка погружных  диафрагменных электронасосов

 

 

Установки погружных  диафрагменных электронасосов УЭДН5 предназначены для эксплуатации малодебитных скважин преимущественно  с пескопроявлениями, высокой обводненностью продукции, кривыми и наклонными стволами с внутренним диаметром обсадной колонны не менее 121.7 мм.

Содержание попутной воды в перекачиваемой среде не ограничивается. Максимальная массовая концентрация твердых  частиц 0.2 % (2 г/л); максимальное объемное содержание попутного газа на приеме насоса 10 %; водородный показатель попутной воды рН = 6.0 ¸ 8.5; максимальная концентрация сероводорода 0.001 % (0.01 г/л).

Погружной диафрагменный  электронасос опускается в скважину на насосно-компрессорных трубах (ГОСТ 633-80) условным диаметром 42, 48 или 60 мм.

Электронасос (Рисунок 4.13) — насос и электродвигатель в  одном корпусе) содержит асинхронный  четырехполюсный электродвигатель, конический редуктор и плунжерный насос  с эксцентриковым приводом и пружиной для возврата плунжера. Муфта кабеля соединяется с токовводом.

Установки обеспечивают подачу от 4 до 16 м³, давление 6.5 ¸ 17 МПа, КПД 35 – 40 %, мощность электродвигателя 2.2 ¸ 2.85 кВт; частота вращения электродвигателя - 1500 мин^-1, масса от 1377 до 2715 кг. 

 

Рисунок 4.13 — Погружной  диафрагменный электронасос

1 — токоввод; 2 — нагнетательный клапан; 3 — всасывающий клапан; 4 — диафрагма; 5 — пружина; 6 — плунжерный насос; 7 — эксцентриковый привод; 8 — конический редуктор; 9 — электродвигатель; 10 — компенсатор 

4.3.5 Установка гидропоршневых  насосов

 

 

Современные установки  гидропоршневых насосов позволяют эксплуатировать скважины с высотой подъема до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м³/сут. при высоком содержании в скважинной продукции воды.

Установки гидропоршневых насосов (Рисунок 4.14) — блочные автоматизированные, предназначены для добычи нефти  из двух - восьми глубоких кустовых наклонно направленных скважин в заболоченных и труднодоступных районах Западной Сибири и других районах. Откачиваемая жидкость кинематической вязкостью не более 15×10^-6 м²/с (15×10^-2 Ст) с содержанием механических примесей не более 0.1 г/л, сероводорода не более 0.01 г/л и попутной воды не более 99 %. Наличие свободного газа на приеме гидропоршневого насосного агрегата не допускается. Температура откачиваемой жидкости в месте подвески агрегата не выше 120 ˚С. 

 

Рисунок 4.14 — Схема  компоновки оборудования гидропоршневой насосной установки

а — подъем насоса; б — работа насоса; 1 — трубопровод; 2 — емкость для рабочей жидкости; 3 — всасывающий трубопровод; 4 — силовой насос; 5 — манометр; 6 — сепаратор; 7 — выкидная линия; 8 — напорный трубопровод; 9 — оборудование устья скважины; 10 — 63 мм трубы; 11 — 102 мм трубы; 12 — обсадная колонна; 13 — гидропоршневой насос (сбрасываемый); 14 — седло гидропоршневого насоса; 15 — конус посадочный; 16 — обратный клапан; I — рабочая жидкость; II — добываемая жидкость; III — смесь отработанной и добытой жидкости. 

 

Установки выпускаются  для скважин с условным диаметром  обсадных колонн 140, 146 и 168 мм.

Гидропоршневая насосная установка состоит из поршневого гидравлического двигателя и  насоса 13, устанавливаемого в нижней части труб 10, силового насоса 4, расположенного на поверхности, емкости 2 для отстоя жидкости и сепаратора 6 для её очистки. Насос 13, сбрасываемый в трубы 10, садится в седло 14, где уплотняется в посадочном конусе 15 под воздействием струй рабочей жидкости, нагнетаемой в скважину по центральному ряду труб 10. Золотниковое устройство направляет жидкость в пространство над или под поршнем двигателя, и поэтому он совершает вертикальные возвратно-поступательные движения.

Нефть из скважин всасывается  через обратный клапан 16, направляется в кольцевое пространство между внутренним 10 и наружным 11 рядами труб. В это же пространство из двигателя поступает отработанная жидкость (нефть), т.е. по кольцевому пространству на поверхность поднимается одновременно добываемая рабочая жидкость.

При необходимости подъема  насоса изменяют направление нагнетания рабочей жидкости — её подают в  кольцевое пространство. Различают  гидропоршневые насосы одинарного и  двойного действия, с раздельным и  совместным движением добываемой жидкости и рабочей и т.д. 

4.3.6 Струйные насосы

 

 

Струйно-насосная установка  представляет собой насосную систему  механизированной добычи нефти, состоящую  из устьевого наземного и погружного оборудования. Наземное оборудование включает сепаратор, силовой насос, устьевую арматуру, КИП; погружное оборудование — струйный насос с посадочным узлом (Рисунок 4.15). 

 

Рисунок 4.15 — Струйно-насосная установка

1 — струйный насос; 2 — ловитель; 3 — силовой насос; 4 — сепаратор; 5 — продуктивный пласт  

 

Струйные насосы отличаются отсутствием подвижных частей, компактностью, высокой прочностью, устойчивостью  к коррозии и абразивному износу, дешевизной. КПД струйной установки  приближается к КПД других гидравлических насосных систем. Рабочие характеристики струйного насоса близки к характеристикам электропогружного насоса.

Струйный насос (Рисунок 4.16) приводится в действие под влиянием напора рабочей жидкости (лучше нефти  или воды), нагнетаемой в НКТ 1, соединенные с соплом 2. При прохождении узкого сечения сопла струя перед диффузором 4 приобретает большую скорость и поэтому в каналах 3 снижается давление. Эти каналы соединены через полость насоса 5 с подпакерным пространством 6 и пластом, откуда пластовая жидкость всасывается в насос и смешивается в камере смешения с рабочей. Смесь жидкостей далее движется по кольцевому пространству насоса и поднимается на поверхность по межтрубному пространству (насос спускают на двух концентрических рядах труб) под давлением нагнетаемой в НКТ рабочей жидкости. Насос может откачивать высоковязкие жидкости и эксплуатироваться в сложнейших условиях (высокие температуры пластовой жидкости, содержание значительного количества свободного газа и песка в продукции и т.д.). 

 

Рисунок 4.16 — Схема  струйного насоса

1 — насосно-компрессорные трубы; 2 — сопло; 3 — каналы; 4 — диффузор; 5 — входная часть насоса; 6 — подпакерное пространство.  

 

По данным НИПИ Гипроморнефтегаз срок службы струйного насоса в абразивной среде не менее 8 месяцев, теоретический отбор жидкости до 4000 м³/сут. максимальная глубина спуска — 5000 м, масса погружного насоса 10 кг. 

 

4.4 ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН 

 

Существенное отличие  физических свойств газа от физических свойств нефти, выражается, главным образом, в его незначительной плотности, высокой упругости, значительно меньшей вязкости, определяет специфику разработки газовых и газоконденсатных месторождений, заключающуюся в том, что газ добывают, в основном, фонтанным способом. При этом сложная и протяженная система газоснабжения от залежи до потребления полностью герметична и представляет собой единое целое.

Газовые месторождения  разделяют на чисто газовые месторождения  и газоконденсатные. На газовых месторождениях из скважин поступает чистый газ (природный газ) вместе с небольшим количеством влаги и твердыми частицами механических примесей. Природный газ состоит в основном из легкого углеводорода — метана (94 ¸ 98 %), не конденсирующегося при изменении пластового давления. Чисто газовые месторождения встречаются редко. Примеры газовых месторождений: Заполярное, Уренгойское, Медвежье (в сеноманских отложениях).

В состав газоконденсантных  месторождений входит не только легкий углеводород парафинового ряда — метан, но и более тяжелые, углеводороды при изменении пластового давления переходящие в жидкое состояние, образуя так называемый конденсат. Вместе с газом и конденсатом с забоя скважин поступает вода и твердые частицы механических примесей. На ряде отечественных (Оренбургское, Астраханское газоконденсатные месторождения) и зарубежных (Лакское во Франции) месторождений газы содержат достаточно большое количество сероводорода и углекислого газа (до 25 % по объему). Такие газы называются кислыми. На отдельных месторождениях вместе с газом из скважин поступает достаточно большое количество ценных инертных газов (в основном, гелия).