6.1.1. Состав оборудования скважинных гидропоршневых насосных установок

В состав скважинного оборудования входят: скважинный на­сосный агрегат, колонны НКТ, различные скважинные устрой­ства — пакеры, якори, центраторы, клапаны-отсекатели и др. Скважинный насосный агрегат включает в себя плунжерный или поршневой насос, плунжерный или поршневой гидравлический двигатель. При этом плунжер насоса соединен штоком с плун­жером гидравлического двигателя. К гидравлическому двигателю с поверхности подается силовыми насосами под давлением ра­бочая жидкость (это может быть подготовленная добытая нефть, отделенная от воды и газа и очищенная от механических приме­сей). Золотник-распределитель или переключатель гидравличес­кого двигателя направляет рабочую жидкость попеременно в штоковую или рабочую полости цилиндра двигателя, располо­женные под и над его поршнем. Поршень двигателя приводится в возвратно-поступательное движение и через шток передает это движение плунжеру насоса. Работа золотника регулируется што­ком, соединяющим поршни глубинного агрегата, или специаль­ной системой управления.

Насос отбирает добываемую жидкость. Отработанная рабо­чая жидкость из двигателя направляется в подъемные трубы, по которым идет жидкость, отбираемая из скважины. На поверх­ность поднимается их смесь.

На поверхности располагаются насос, подающий рабочую жидкость к скважинному агрегату, и система подготовки рабочей жидкости. Часть жидкости, поднятая из скважины, направляется в промысловую систему сбора продукции НГДУ, а часть идет в открытую систему подготовки рабочей жидкости, откуда отде­ленные вода и газ направляются в промысловую сеть, а чистая рабочая жидкость — в поверхностный насос, рис. 6.2. Открытая система циркуляции и подготовки рабочей жидкости имеет от­стойники, сепараторы, устройства для подачи реагентов (напри­мер, для разделения стойких эмульсий) и иногда подогреватели. Поверхностные силовые насосы обычно плунжерные, но могут применяться и высоконапорные центробежные насосы.

Применяется также схема с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости. В этом случае в скважине должен быть третий трубо­провод, по которому рабочая жидкость, отработавшая в двигате­ле, поднимается на поверхность, не смешиваясь с добытой жид­костью. Таким образом, подготовка рабочей жидкости резко упрощается. Практически в этом случае в основном надо отде­лить лишь механические примеси (окалина с труб, продукты износа трущихся деталей). Поверхностное оборудование значи­тельно упрощается, но требуется иметь три канала в скважине, что не всегда экономично, а иногда и невозможно.

Рис. 6.2. Схема: гидропоршневой установки.

1 — скважинный насос; 2 — погруж­ной двигатель; 3 — канал для подъе­ма продукции скважины и отрабо­танной рабочем жидкости; 4 — ка­нал для подачи рабочей жидкости к погружному агрегату; 5— поверхно­стный силовой насос; 6 — система подготовки рабочей жидкости.

Целесообразно иметь одну мощную поверхностную систему подготовки жидкости установки на несколько эксплуатируемых скважин (7 — 40 скважин). Скважинные гидропоршневые насосы при этом могут быть нескольких типоразмеров. В этом случае облегчается обслуживание и уменьшается число единиц оборудования. Такие установки называют групповыми, в отли­чие от индивидуальных, имеющих у каждой эксплуатируемой скважины поверхностный насос и систему подготовки рабочей жидкости.

Погружной агрегат, особенно его насосная часть, конструк­тивно схож с штанговым насосом. В отечественных гидропоршневых насосах использовались детали штангового накоса — втулки для цилиндра, плунжер (укороченный) и шаровые клапаны.

При эксплуатации скважин глубинными насосами объемно­го действия его привод — объемный гидродвигатель возвратно-поступательного действия устанавливают в непосредственной близости от скважинного насоса.

Гидродвигатель приводится в действие потоком рабочей жид­кости, закачиваемой силовым насосом, расположенным на по­верхности. Пластовая жидкость поднимается то колонне труб на поверхность, где часть ее используется для закачки силовым насосом обратно в скважину, а часть направляется в промысло­вый коллектор

Конструктивно гидропоршневая насосная установка (ГПНУ) представляет собой: скважинный насос и гидродвигатель, объе­диненные в один агрегат — гидропоршневой погружной насос­ный агрегат (ГПНА), колонны насосно-компрессорных труб, блок подготовки рабочей жидкости и насосный блок.

Назначение этих элементов: насосный блок преобразует ме­ханическую энергию приводного двигателя (электродвигатель или ДВС) в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости, гид­ропоршневой погружной насосный агрегат преобразует энергию рабочей жидкости в механическую энергию движения плунже­ров двигателя и насоса, которая затем преобразуется в гидравли­ческую энергию потока откачиваемой пластовой жидкости. Ко­лонны НКТ являются каналами для рабочей и пластовой жид­костей, а блок подготовки жидкости служит для ее очистки от газа, песка и воды перед использованием ее в качестве рабочей в силовом насосе.

По мнению разработчиков и по некоторым данным зарубеж­ного опыта гидропоршневые установки позволяют эксплуати­ровать скважины с глубин до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м³/сут (при использовании системы тандем), при вы­соком содержании в пластовой жидкости воды (до 98 %), песка (до 2 %) и агрессивных компонентов.

Основные части ГПНУ имеют достаточно высокий КПД, что выгодно отличает установку гидропоршневого насоса от глубин­ных насосов других типов.

Положительная особенность гидропоршневых установок — возможность с поверхности регулировать количество отбирае­мой из скважины жидкости, изменяя количество рабочей жид­кости, закачиваемой к приводу, и меняя, таким образом, режим работы погружного агрегата.

Скважинные гидропоршневые установки хорошо приспособ­лены для эксплуатации наклонно направленных скважин, так как они не имеют движущейся возвратно-поступательно штан­говой колонны (как у штанговых насосов) и кабеля рядом с тру­бами, который повреждается при спуске агрегата (как у устано­вок скважинных насосов с электроприводом).

Применение так называемых сбрасываемых глубинных гидро­поршневых агрегатов (рис. 6.3) позволяет коренным образом изме­нить спуско-подъемные работы при смене убинного агрегата, значительно облегчив их. Сбрасываемый глубинный агрегат спус­кается во внутреннюю полость НКТ, заполненных жидкостью, и проталкивается рабочей жидкостью, закачиваемой с поверхности. В нижней части колонны НКТ установлено седло, в которое агре­гат запрессовывается потоком рабочей жидкости. В скважину можно спустить два ряда НКТ. Можно спустить в скважину один ряд НКТ, в этом случае НКТ герметизируются установленным в сква­жине пакером. Таким образом, образуется канал для подачи рабо­чей жидкости (НКТ) и канал (межтрубное пространство) для подъе­ма на поверхность жидкости, откачиваемой насосом из скважины и смешанной с отработанной жидкостью, выходящей из поршне­вого привода. Для подъема глубинного агрегата на поверхность поток рабочей жидкости направляют в межтрубное пространство, жидкость попадает под сваб глубинного агрегата и выталкивает его до поверхности. Чтобы рабочая жидкость не уходила в по­лость под пакером, в нем имеется обратный шаровой клапан.

Таким образом, спускоподъемные работы осуществляются без подъема труб. В этом случае не нужен подъемник и бригада под­земного ремонта, работа выполняется одним оператором. Время спуска агрегата при установке насоса на глубине 1000 м — около 40 мин, а подъема — 50 — 60 мин.

К недостаткам установок гидропоршневых насосов относит­ся прежде всего наличие сложного поверхностного оборудова­ния, особенно при необходимости подготовки рабочей жидко­сти, обслуживание которого довольно трудоемко. Однако боль­шой КПД установки, облегчение спуска-подъема агрегата, приспособленность к работе в усложненных условиях эксплуа­тации стимулируют его применение.

Современные гидропоршневые насосные установки способ­ны добывать до 400—600 т/сут жидкости. Имеются отдельные, конструкции агрегатов для отбора более 1200 т/сут жидкости. Глубина, с которой отбирается жидкость, доходит до 4500 м, но возможен отбор жидкости и с большей глубины.