книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти

К недостаткам этого способа можно отнести:

1.Неэффективеность для небольших месторождений и оди­ ночных скважин.

2.Плохую работу при добыче эмульсии и вязкой нефти.

3.Низкую экономическую эффективность при обводненнос­ ти продукции скважин более 85 %.

4.Необходимость персонала высокой квалификации.

5.Проблему безопасности из-за высокого давления газа.

6.Невозможность эксплуатации глубоких скважин до полно­ го истощения.

Всвязи с вышеизложенным, область применения газлифта находится в зоне высокодебитных скважин.

Анализ состояния дел в нефтяной промышленности Россий­ ской Федерации показывает, что в ближайшем обозримом буду­

щем большая часть нефти будет добываться механизированным способом, в первую очередь — с помощью скважинных насос­ ных установок.

В настоящее время на нефтяных промыслах страны работает большое количество скважинных насосных установок всевозмож­ ных конструкций, выпускаемых различными фирмами.

Цель настоящего издания — ознакомить работников нефтя­ ной промышленности и машиностроительных отраслей с совре­ менными насосными установками для добычи нефти, их харак­ теристиками и областями применения.

Авторы выражают глубокую благодарность нефтегазовой компании «Славнефть»

за благотворительную помощь в создании настоящего издания.

ГЛАВА I. УСТАНОВКИ СКВАЖ ИННЫ Х НАСОСОВ

С ЭЛЕКТРОП РИ ВОДО М

1.1. СКВАЖИННЫЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ

Скважинные центробежные насосы являются мно­ гоступенчатыми машинами. Это обусловлено в первую очередь малыми значениями напора, создаваемым одной ступенью (ра­ бочим колесом и направляющим аппаратом). В свою очередь небольшие значения напора одной ступени (от 3 до 6—7 м водя­ ного столба) определяются малыми величинами внешнего диа­ метра рабочего колеса, ограниченного внутренним диаметром обсадной колонны и размерами применяемого скважинного обо­ рудования — 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 одина­ ковы для всех исполнений насоса.

Скважинный центробежный насос обычного исполнения пред­ назначен для отбора из скважины жидкости с содержанием воды до 99 %. Механических примесей откачиваемой жидкости долж­ но быть не более 0,01 массовых % (или 0,1 г/л), при этом твер­ дость механических примесей не должна превышать 5 баллов по Моосу; сероводорода — не более 0,001 %. По требованиям тех­ нических условий заводов-изготовителей, содержание свобод­ ного газа на приеме насоса не должно превышать 25 %.

Центробежный насос коррозионностойкого исполнения пред­ назначен 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 ко­ леса 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 шай­

ба; 8 — вал

7

6

4

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 вы­ сокий КПД и более, чем в 1,5 раза увеличенную подачу, чем ступени с ЦЛ в тех же диаметральных габаритах. Наружный ди­ аметр 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 ступе­ ней 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 призмати­ ческой шпонкой. Колесо может свободно перемещаться в осе­ вом направлении в промежутке, ограниченном опорными по­ верхностями направляющих аппаратов.

Колесо опирается на индивидуальную для каждой СН осевую опору, состоящую из опорного бурта направляющего аппарата предыдущей ступени и антифрикционной износостойкой шай-

бы, запрессованной в расточку рабочего колеса; при этом утечка через переднее уплотнение колеса практически равна нулю. Но механический КПД ступени с плавающим рабочим колесом сни­ жается 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 отноше­ ние фактической величины к соответствующей величине на оп­ тимальном режиме, при котором КПД достигает максимального значения [3].

Рис. 1.2. Относительная характеристика ступени:

1 — относительный КПД (Л);

2 — относительный напор (Н);

3 — относительная осевая сила (Рос); ^ — относительная мощ­ ность (Л0; q — относительная подача; Q — фактическая по­ дача; Qo— оптимальная пода­ ча, соответствующая макси­ мальному КПД

На режимах, примерно на 10% превышающих подачу нуле­ вой осевой силы, рабочее колесо СН может «всплыть», т.е. пере­ меститься 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 сни­ жением напора, КПД и резким повышение потребляемой мощ­ ности при увеличении подачи. При уменьшении подачи от ре­ жима открытой задвижки рабочее колесо может опускаться в нижнее положение при значениях относительной подачи q = = 0,9-1,0.

Наиболее распространенный в настоящее время способ раз­ грузки колеса от осевой силы в ступенях с НЦЛ — создание при помощи выполненного у колеса второго верхнего уплотнения

камеры за ведущим диском колеса, в котором давление с помО" щью отверстий в ведущем диске уравнивается с давлением у вхоДВ в колесо (рис. 1.3, а). Разгрузка рабочего колеса позволяет суще" ственно снизить осевую силуТакие ступени по сравнению о аналогичными ступенями с неразгруженными рабочими колеса" ми имеют ряд преимуществ: повышенный ресурс работы инди" видуальной нижней опоры рабочего колеса, увеличенный КГТД ступени.

Рис. 1.3. Конструкции ступеней:

а— с разгруженным рабочим колесом,

б— двухопорная.

1— корпус; 2 — направляющий аппа­ рат; 3 — рабочее колесо

Недостатками ступеней с разгруженными рабочими колеса­ ми является усложнение технологии и повышение трудоемкости изготовления, функциональный отказ способа разгрузки при засорении разгрузочных отверстий и при износе верхнего уп­ лотнения рабочего колеса.

Усиление пары индивидуальной осевой опоры и межступенного уплотнения СН может быть достигнуто применением дву­ хопорной конструкции ступени (рис. 1.3, б). Двухопорная кон­ струкция СН имеет по сравнению с одноопорной ступенью, по­ вышенный ресурс индивидуальной нижней пяты ступени, более надежную изоляцию вала от абразивной и коррозионно-агрес­ сивной протекающей жидкости, увеличенный ресурс работы и большую жесткость вала насоса из-за увеличенных осевых длин межступенных уплотнений, служащих в ЭЦН помимо уплотне­ ния дополнительными радиальными подшипниками.

Двухопорная конструкция ступени по сравнению с одноопор­ ной более трудоемка в изготовлении.