4.48. Конструкция скважинного винтового насоса

Конструкция скважинного винтового насоса предусматривает использование двух уравновешенных винтов с правым 7 и левым 4 направлениями спирали. Винты изготовлены из титано­вых сплавов для увеличения износостойкости и полыми - для уменьшения инерционных усилий (рис. 4.72.).

Осевые усилия от винтов приложены к эксцентриковой соединительной муфте 5, расположенной между ними, и взаимно компенсируются. Привод винтов осуществляется от расположенного в нижней части электродвигателя через протектор 10, эксцентриковую пусковую муфту 9 и вал 8. Эксцентриковые муфты обеспечивают необходимое вращение винтов 4 и 7. Пусковая муфта осуществляет пуск насоса при максимальном крутящем моменте двигателя, отключает насос при аварийном выходе его из строя, предотвращает движение винта в противоположную сторону при обесточивании двигателя или неправильном подключении кабеля.

Рис. 4.72. Схема винтового скважинного насоса : 1 - предохранительный кла­пан: 2 - фильтровая сетка; 3 - левая обойма; 4 - левый винт; 5 — эксцентриковая шарнирная соединительная муфта; 6-правая обойма; 7 — правый винт; 8 — вал; 9 — пусковая муфта; 10— протектор

Прием жидкости из скважины ведется через две фильтровые приемные сетки 2, расположенные вверху верхнего и внизу нижнего винтов. Общий выход жидкости происходит в пространстве между винтами, затем она проходит по кольцу между корпусом обоймы верхнего винта и кожухом насоса к многофункциональному предохранительному клапану 1 поршеньково-золотникового типа. Обойдя по каналу предохранительный клапан, жидкость проходит в шламовую трубку и попадает в НКТ.

Предохранительный клапан перепускает жидкость в НКТ при спуске насоса в скважину и из НКТ при подъеме, а также из НКТ в затрубное пространство при остановках насоса, недостаточном притоке из пласта, содержании в жидкости большого количество газа, повышении устьевого давления выше регламентированной величины (объемный насос не может работать при закрытом виде том выкиде). Шламовая труба представляет собой заглушённый сверху патрубок с боковыми отверстиями и предохраняет насос от попадания в него механических твердых частиц с поверхности и из откачиваемой жидкости при остановках. Шлам собирается между внутренней поверхностью НКТ и наружной поверхностью шламовой трубы.

4.49. Принципиальные схемы закрытой и открытой гпну

Тип принципиальной схемы циркуляции рабочей жидкости в гидропоршневых насосным установках (ГПНУ) предопределяет способ возврата рабочей жидкости на поверхность. В установках с закрытой схемой жидкость после совершения полезной работы из гидродвигателя по отдельному каналу поднимается на поверхность. Продукция пласта, выходящая из скважинного насоса, поднимается по своему отдельному каналу. В установках с открытой схемой жидкость, выйдя из гидродвигателя, смешивается с жидкостью, выходящей из скважинного насоса, и поднимается на поверхность по общему каналу.

Недостатком первой схемы является большая металлоемкость, поскольку от устья к погружному агрегату необходимо спустить три герметичных трубопровода: для подачи рабочей жидкости к агрегату, для ее отвода и для подъема пластовой жидкости. Достоинством этой схемы являются незначительные потери рабочей жидкости, определяемые только лишь утечками из системы привода.

Следует заметить, что производительность системы подготовки рабочей жидкости всей установки в значительной степени зависит от качества подготовки рабочей жидкости.

Установки с открытой схемой обладают меньшей металлоемкостью, так как предполагают каналы только для двух потоков жидкости: сверху вниз - рабочей, а снизу вверх - смеси рабочей и пластовой жидкостей. Соответственно проще и оборудование устья. Недостатком этой системы является необходимость обработки большого количества рабочей жидкости, что требует применения сложных и высокопроизводительных систем для ее подготовки.

Принципиальные схемы установок обоих типов приведены на рис. 4.73.

Рис. 4.73. Принципиальные схемы закрытой (а) и открытой (б) гидропоршневых насосных установок:

1 - электродвигатель; 2 - силовой насос; 3 - линия подачи рабочей жидкости; 4 — гидродвигатель; 5 — скважинный гидропоршневой насос; 6 — канал для отвода продукции скважины; 7 - канал для отвода рабочей жидкости; 8-блок подготовки рабочей жидкости; 9 — трубопровод для подачи рабочей жидкости; 10- трубопровод для отвода скважинной жидкости

В каждой из них двигатель 1 приводит в действие силовой насос 2, который по колонне труб 3 подает рабочую жидкость к двигателю 4 гидропоршневого агрегата (ГПНА). Скважинный насос 5 ГПНА, приводимый в действие двигателем 4, забирает пластовую жидкость из скважины и по колонне труб 6 направляет ее вверх. В установке с открытой схемой рабочая жидкость из мотора поднимается на поверхность по колонне труб 6, а в установке с закрытой схемой - по отдельной колонне 7.

В установке с открытой схемой смесь пластовой и рабочей жидкостей из колонны 6 направляется в устройство подготовки рабочей жидкости 8, из которого очищенная нефть по трубопроводу 9 поступает на прием силового насоса 2, а остальная часть потока вместе с отдельными примесями направляется в сборный промысловый коллектор.

В установке с закрытой схемой рабочая жидкость возвращается в буферную емкость устройства подготовки 8, откуда трубопроводом 9 направляется на прием силового насоса 2. Пластовая жидкость из колонны 7 отводится в сборный промысловый коллектор, а небольшая часть жидкости (1... 2%) по трубопроводу 10 направляется в устройство подготовки 8 для компенсации потерь рабочей жидкости.

Блочные автоматизированные установки гидропоршневых насосов (УГН) предназначены для добычи нефти из 2...8 кустовых наклонно направленных скважин с внутренними диаметрами эксплуатационных колонн 117,7...155.3 мм. Установки можно применять для добычи нефти плотностью 870 кг/м³, содержащей до 99 % воды, до 0,1 г/л механических примесей, до 0,01 г/л сероводорода, при температуре пласта до 120°С. Установки изготовляются в климатических исполнениях У, ХЛ.

Пример условного обозначения установки гидропоршневых насосов УГН25-150-25: УГН - установка гидропоршневых насосов; 25 - подача одного гидропорпшевого агрегата, м /сут; 150 -подача установки суммарная, м³/сут; 25 - давление нагнетания гидропоршневого агрегата при заданном давлении нагнетания рабочей жидкости, МПа.

Установка УГН (рис. 4.74.) состоит из скважинного и наземного оборудования.

Рис. 4.74. Установка гидропоршневых насосов;

1 - замерное устройство; 2 - технологический блок; 3 - блок управления; 4 - оборудование устья скважины; 5 - НКТ; 6 - гидропоршневой насосный агрегат; 7-пакер

Принцип действия установки основан на использовании гидравлической энергии жидкости, закачиваемой под высоким давлением по специальному каналу в гидравлический забойный поршневой двигатель возвратно-поступательного действия, преобразующий эту энергию в возвратно-поступательное движение жестко связанного с двигателем поршневого насоса.

Скважинное оборудование включает в себя гидропоршневой насосный агрегат, размещенный в нижней (призабойной) части обсадной колонны; систему каналов, по которым подводится рабочая жидкость, отводится добытая и отработанная жидкость; устьевую арматуру и вспомогательные устройства - ловильную камеру, мачту с подъемным устройством и переключателем потока рабочей жидкости.

В состав наземного оборудования входят устройства для подготовки рабочей жидкости; насосы высокого давления; распределительная гребенка, которая служит для направления рабочей жидкости под заданным давлением с требуемым расходом к гидропоршневым насосным агрегатам; силовое и контрольно-регулирующее электрооборудование.

Использование гидропривода позволяет при небольшом давлении силового насоса применить погружной насос с высоким рабочим давлением или при небольшом расходе рабочей жидкости - с высокой подачей. Это достигается возможностью изменения в определенном диапазоне отношения эффективных площадей насоса и гидродвигателя и установкой поршней разного диаметра как в насосе, так и в гидродвигателе.

Наземная станция установки УГН состоит из двух блоков: технологического и управления. Все оборудование наземной станции располагается в двух транспортабельных блоках-боксах размерами 3х12 и 3х6 м.

В технологическом блоке сепаратор вместимостью 16м³ располагается на «втором этаже», что обеспечивает создание силовым насосом гидростатического подпора около 1,5 м и позволяет разместить все остальное оборудование под газосепаратором и рядом с ним: три силовых насоса, из которых один - резервный; центробежные насосы, позволяющие спокойно встраивать установку в систему сбора с давлением до 2,5 МПа; гидроциклоны с циркуляцией рабочей жидкости; распределительную гребенку; многопоточный дозировочный насос; емкость с запасом химреагентов.

Для привода гидропорпшевого насоса применяются трех- или пятиплунжерные насосы высокого давления со специальным исполнением гидроблока, рассчитанные на продолжительную непрерывную работу с минимальным обслуживанием.