5.2.2. Газосепараторы центробежных насосов для добычи нефти

Диапазон изменения газового фактора нефтей разрабатываемых место­рож­де­ний весьма широк. Например в НГДУ «Южоренбургнефть» газовый фактор мо­­жет доходить до 5000 м³/м³, а в НГДУ «Чернушканефть» — обычно не пре­вы­шает 35 — 40 м³/м³. Допустимые значения газосодержания на входе в насос, по тех­ническим условиям эксплуатации установок составляют 20%, однако, на самом деле эта величина колеблется (в зависимости от типоразмера насоса) в пре­делах 5 — 25 % от объема добывае­мой продукции.

Известны следующие методы борьбы с газом в скважинах, эксплуа­ти­руе­мых УЭЦН:

• спуск насоса в зону, где давление на приеме обеспечивает оптимальную по­­дачу насоса и устойчивую ее работу;

• применение сепараторов различных конструкций;

• монтаж на приеме насоса диспергирующих устройств;

• принудительный сброс газа из затрубного пространства;

• применение комбинированных, так называемых «конус­ных» или «сту­пен­­ча­тых», насосов.

Создание на приеме насоса давления, равного давлению насыще­ния нефти газом или близкого к нему. Этот метод широко распро­странен, так как прост тех­нологически и организационно, но является неэкономичным, поскольку для его осуществления требуется спуск насоса на большие глубины, соизмеримые с глу­биной скважины. Последнее связано с затратами на насосно-компрессорные трубы, кабель, электроэнергию и спуско-подъемные операции, а иногда и невы­пол­нимо по техничес­ким причинам.

Применение сепараторов. Метод предусматривает установку на приеме на­со­са специальных устройств, разделяющих жидкость и газ, и выброс послед­не­го в затрубное пространство.

В различных нефтедобывающих районах прошло промыш­ленное апро­би­ро­вание как отечественного, так и импортного оборудования. По данным эксплуа­тации была зафиксирована удовлетворительная работа ЭЦН в течение дли­тельною времени при объемном расходном газосодержании, равном 0,5.

Использование диспергаторов. Применение диспергаторов по­зволяет уве­ли­чить допускаемое значение объемного газосодер­жания на приеме от 0,10 до 0,25 за счет образования тонкодисперсной структуры среды. Диспергаторы эффек­тивны в обвод­ненных скважинах, образующих вязкую эмульсию, так как спо­­собствуют разрушению ее структуры.

Диспергатор является сильным турбулизатором потока и спо­собствует эффек­тивному выравниванию структуры газожидкос­тной смеси. Диспергаторы мо­гут устанавливайся как вне, так и внутри насоса взамен нескольких рабочих сту­пеней.

Принудительный сброс газа из затрубного пространства. В про­цессе эксплуа­тации скважины часть газа сепарирует из жидко­сти в зоне приема на­со­са в затрубное пространство. Накаплива­ясь в нем, газ может оттеснить жид­кость до приема насоса и, попадая в насос, снизить его подачу или вызвать ава­рий­ную ра­боту в режиме сухого трения. Кроме того, газ создает противо­давле­ние на пласт, уменьшая приток жидкости.

Известны способы сброса газа из затрубного пространства путем примене­ния автоматически работающих устьевых или скважинных обратных клапанов или эжекторов, отсасывающих газ принудительно (например — система «тан­дем»)

Применение комбинированных насосов. «Вредное» влияние газа умень­шает­ся, если на приеме серийного насоса некоторое число ступеней заменить сту­пенями большей подачи. Обладая боль­шим объемом каналов, эти ступени обес­печивают и большее поступление на прием газожидкостной смеси. При по­па­дании в серийные ступени объем смеси уменьшается за счет сжатия и раст­во­ре­ния газа в жидкости, чем и достигается оптимальная подача насоса.

Стабильная работа УЭЦН осуществляется при содержании свободного га­за на входе в насос (по техническим условиям) от 5 до 25% в зависимости от ти­поразмера насоса. При увеличении количества свободного газа происходит ухуд­шение работы насо­са. Газированная жидкость в некоторых случаях, если сре­да тонкодисперсная и наличие свободного газа не превышает допусти­мого, мо­жет положительно влиять на paботу насоса, т к. проис­ходит уменьшение плот­ности и вязкости откачиваемой смеси. Но, чаше всею, происходит час­тич­ное или полное запирание каналов рабочих колес в насосе при большом содер­жа­нии газа, которое приводит к уменьшению подачи насоса, снижению на­ра­бот­ки насоса на отказ. В некоторых случаях может происхо­див выход из строя погружного электродвигателя из-за плохого его осаждения за счет отсутствия по­тока жидкости

Газосепараторы предназначены для обеспечения стабильной работы пог­руж­ного насоса при откачке высокогазированной жидкости.

Применение газосепараторов или диспергаторов позволяет предотвратить ка­витацию, запирание рабочих органов насоса, обеспечить необходимую произ­водительность насоса, повысить коэффициент полезного действия. Прин­цип работы диспергатора заключается в обеспечении необходимого диаметра пу­зырь­ков газа в откачиваемой газожидкостной смеси (ГЖС) путем их измель­че­ния; газосепаратора — в удалении газовой фазы из от­качиваемой смеси.

Все виды применяемого оборудования находятся на входе в первую рабо­чую ступень насоса, т.e. жидкость до входа в насос проходит через допол­ни­тель­ное устройство.

Мировыми производителями выпускается три типа газосепа­раторов

1) гравитационные;

2) вихревые;

3) центробежные.

Применение центробежных газосепараторов является самым надежным средст­вом зашиты ЭЦН от вредного влияния свобод­ного газа. От эффективнос­ти их работы во многом зависят пара­метры эксплуатации и наработка на отказ пог­ружного насоса в скважине.

Для отделения газа от жидкости в этих газосепараторах ис­пользуется пла­ву­честь газовых пузырьков под действием грави­тационных или центробежных сил.

Гравитационный газосепаратор имеет наименьший коэффи­циент сепара­ции, центробежный — наибольший, а вихревой газосепаратор по коэффициен­ту сепарации занимает промежуточ­ное положение.

К устройствам предъявляются следующие требования:

1 — ликвидация вредного влияния свободного газа, содержа­ние которого боль­ше допускаемого по техническим условиям, что и приводит к срыву по­да­чи насоса, которая обеспечивается за счет уменьшения диаметра пузырьков (для диспергаторов) или выброс газа в затрубное пространство (для газо­се­па­раторов);

2 — обеспечение минимального диаметрального размера уст­ройства, соот­ветствующего диаметральным размерам насоса оп­ределенной габаритной груп­пы;

3 — необходимую подачу жидкости через рабочие органы ус­тройства для обес­печения устойчивой работы насоса;

4 — обеспечение прохождения удлиненного, за счет приме­нения устройст­ва, погружного агрегата по всей глубине скважи­ны, особенно — в наклонно нап­равленных скважинах.