3.3.2. Схемы поверхностного оборудования скважинных гидроштанговых установок

Поверхностное оборудование УГШН включает в себя сило­вые насосы, золотники распределители, блоки разделителей жидкости и другое оборудование.

Рассмотрим компоновку оборудования на примере одной из схем разработанной в ГАНГ им. И. М. Губкина группой ученых и конструкторов под руководством Чичерова Л. Г.

Схема установки (рис. 3.17) гидроштангового насоса состоит из блоков поверхностного и скважинного оборудования, соеди­ненных линиями коммуникаций. В комплект скважинного обо­рудования входят два ряда насосно-компрессорных труб, распо­ложенных концентрично.

Скважинный насосный агрегат состоит из двух обычных штан­говых насосов разных диаметров, соединенных между собой. В нижней части цилиндра насоса 5 имеются окна для прохода жидкости. Плунжеры 4 и 6 насосов 2 и 5 жестко соединены полым штоком. Верхний насос 5 с плунжером 6 представляет собой двигательную часть гидроштангового насоса, а нижний насос 2 с плунжером 4, всасывающим 1 и нагнетательным 3 кла­панами представляет собой собственно насос для отбора нефти из скважины.

Устье скважины оборудуется специальной арматурой или стан­дартным устьевым сальником СУС-42 и соединяется линиями коммуникаций с блоком разделителей 10 и II жидких фаз и с клапаном-отсекателем 12.

В поверхностное оборудование входят два блока — силовой насосный и блок разделителей.

Силовой насосный блок состоит из насоса 16 с приводом, масляного бака 17, предохранительного клапана 18, регулятора потока 19, пневмокомпенсатора 15, электроуправляемого золот­ника-распределителя 14, реле давления.

Блок разделителей 10 и 11 состоит из двух шаровых сосудов, верхняя и нижняя полость каждого из них разделена нефтемас-лостойкой эластичной резиновой диафрагмой. Диафрагма пре­дотвращает проникновение жидкости из одной полости в дру­гую. В верхней полости разделителя 11 находится откачиваемая нефть, а в разделителе 10 находится техническая вода.

Рис. 3.17. Схема установки гидроштангового насоса УГШН-5-15-1000 разработки ГАНГ им. И. М. Губкина.

1 — всасывающий клапан; 2 — цилиндр насосный; 3 — нагнетательный клапан; 4 — плунжер насоса; 5 — цилиндр двигательный; б — плунжер; 7 — насосно-компрессорньх трубы; 8 — гидроштанга труба; 9 — насос компснсацл утечек; 10 — разделитель вода - масло; 11 — разделитель нефть — масло; 12 — клапан-отсекатель; 13 и 20— реле давления; 14 — золотник-распределитель; 15— пневмоаккумулятор; 16— силовой насос; 17— емкость с маслом; 18 — перепускной клапан; 19— регулятор потока.

В нижних полостях обоих разделителей находится масло, как впрочем и во всем поверхностном оборудовании, которое работает в масля­ной среде, поступающей из бака 17. Кроме этого, в этом блоке установлен насос 9 системы компенсации утечек (СКУ) с при­водом и емкостью для воды. Насос СКУ предназначен для вос­полнения объема жидкости, которая в процессе работы проте­кает через неплотности в резьбовых соединениях насосно-ком-прессорных труб и в плунжерной группе скважинного агрегата.

Установка гидроштангового насоса работает следующим об­разом. Поверхностный силовой насос 16 отбирает масло из при­емного бака и подает по нагнетательной линии к золотнику-распределителю .

В это время золотник находится в крайнем правом положении, т.е. поток масла проходит по диагональным каналам золотника. При этом масло поступает в нижнюю полость разделителя 10, давление передается через эластичную диафрагму на гидро­штангу в колонне труб 7 и на подплунжерную часть плунжера 6, По достижении давления, необходимого для хода плунжерной группы вверх, начинается движение плунжерной группы и вы­теснение нефти из цилиндров насоса в гидроштангу, затем через открытый клапан-отсекатель в промысловую систему сбора нефти. Клапан-отсекатель 12 гидроуправляемый, работает от действия давления масла в магистрали гидрокоммуникаций насосного бло­ка и отзывается только при ходе плунжерной группы вверх.

При ходе плунжерной группы вверх некоторая часть масла вытесняется из разделителя 11 через золотник в приемный мас­ляный бак 17.

Кроме того, при ходе плунжерной группы вверх происходит всасывание или заполнение нефтью из скважины полости нижне­го насосного цилиндра 2 через открытый всасывающий клапан 7.

По достижении плунжерной группой крайнего верхнего по­ложения происходит торможение и остановка, при этом в по­верхностной системе возрастает давление. На повышение давле­ния реагирует предварительно настроенное реле давления 20, которое переключает золотник-распределитель в крайнее левое положение. Масло поступает по прямым каналам золотника в нижнюю полость разделителя 11, затем давление передается че­рез диафрагму на гидроштангу труб 8. Клапан-отсекатель в это время закрыт. Плунжерная группа движется вниз, происходит переток нефти через открытый клапан из нижнего цилиндра в верхний. Из межплунжерной полости техническая вода вытес­няется через окна в цилиндре по насосно-компрессорным трубам 7 на поверхность в разделитель 10. Масло из разделителя10 вытесняется через золотник 14 в масляный бак17. По достижении плун­жерной группой крайнего нижнего положения происходит тор­можение, остановка, в гидросистеме возрастает давление, сраба­тывает реле давления 13 и переключает золотник в предыдущее положение.

Таким образом, весь процесс возвратно-поступательного дви­жения плунжерной группы периодически повторяется.

Частота циклов движения плунжерной группы регулирует­ся скоростью подачи масла с помощью регулятора потока 19. В гидросистеме имеется перепускной предохранительный кла­пан 18, защищающий установку от аварийных перегрузок. Кро­ме того, гидросистема оборудована пневмокомпенсатором 15, который предназначен для сглаживания гидравлических ударов в системе в момент переключения золотника-распределителя. На­сос 9 системы компенсации утечек работает периодически по сиг­налу от специальных датчиков утечек или по сигналу от реле вре­мени, в зависимости от расчетного значения объема утечек жид­кости из гидроштанги 8 в колонне насосно-компрессорных труб. Давление, необходимое для выполнения хода плунжерной группы вверх или вниз, предварительно определяется расчет­ным путем. При сочленении нескольких насосных цилиндров в секции можно достичь значительных длин хода плунжера.

Основное преимущество данной схемы заключается в том, что установка позволяет плавно изменять подачу скважинного насоса путем регулирования подачи рабочей жидкости регуля­тором потока. Кроме того, имеется возможность подачи в сква­жину химических реагентов для борьбы с отложениями солей и парафина. Изучение влияния фактора искривления ствола сква­жины на эффективность работы системы показало, что преоб­ладающим фактором в этом случае становится увеличение вре­мени обратного хода. Этот фактор может быть преодолен путем увеличения массы движущейся части скважинного агрегата. Рас­четы показывают, что предельный угол наклона скважины на глубине установки насоса может достигать 45°, а кривизна ство­ла скважины выше места установки скважинного агрегата не имеет существенного влияния на эффективность работы всей установки в целом.

Поверхностное силовое насосное оборудование расположено и блок-боксе, имеет небольшие размеры и массу, не требует со­оружения специального фундамента, что дает возможность дос­тигать высокой транспортабельности и удобства монтажа обору­дования.

На промыслах объединения «Татнефть» проводились промыс­ловые испытания установки гидроштангового насоса, разрабо­танной в ГАНГ им. И. М. Губкина [6].

При разработке этой установки были учтены все достоин­ства и недостатки известных современных отечественных и зару­бежных конструкций гидроштанговых насосов. Скважинный на­сосный агрегат состоит из двух вставных безвтулочных скважинных насосов разных диаметров — НСВ2-56 и НСВ2-32. Плунжеры этих насосов соединены полым штоком диаметром 28 мм. Схема скважинного насосного агрегата гиштанговой ус­тановки представлена на рис. 3.18. Скважинный насосный аг­регат снабжен верхним и нижним тормозными устройствами, фильтром в нижней части насоса и шламоуловителем в верх­ней части. Шламоуловитель предотвращает попадание окали­ны и мусора из насосно-компрессорных труб в цилиндр верх­него насоса и клапаны насоса.

Кроме того, в конструкции насоса имеется телескопический компенсатор относительных перемещений колонн труб за счет их удлинения от действия давления жидкости. Для испытаний гидроштангового насоса была подобрана одна из скважин Северо-Альметьевской площади со значительным углом отклонения от вертикали ствола.

Величина кривизны ствола скважины в месте установки на­соса достигала 67°45', а максимальная кривизна ствола (69°45') была на глубине 900 м. Кривизна ствола скважины НГДУ «Альметьевнефть» приведена ниже (табл. 3.6).

Эта скважина с осложненными условиями эксплуатации была подобрана намеренно с целью проверки возможности использо­вания ГШНУ при эксплуатации наклонно направленных сква­жин со значительным отклонением от вертикали.

До проведения промысловых испытаний гидроштангового насоса добыча нефти из этой скважины осуществлялась скважинным штанговым насосом НГН2-43, станком-качалки СК6 при периодическом режиме работы насоса ( 21 ч –ожидание притока, 3 ч –работы насоса). По данным замеров подача составляла 2,2 м³/сут.

Рис. 3.18. Схема скважинного агрегата гидроштанговой установки ГАНГ им И. М. Губкина.

1 — полые штанги диаметром 42—35 мм; 2 — НКТ диаметром 89 — 76 мм; 3 — полость полых штанг, гидроштанга; 4 — полость НКТ, гидроштанга; 5 — кожух цилиндра насоса НСВ2-56; 6 — полость цилиндра насоса НСВ2-56; 7— полость цилиндра насоса НСВ2-32; 8 — приемный клапан; 9 — плунжер диамет­ром 56 мм; 10 — плунжер диаметром 32 мм; 11 — нагнетательный клапан; 12 — шламоуловитель; 13 — переводник замковой опоры; 14 — фильтр; 15, 16 — втулки; 17 и 18— гай­ки ограничительные; 19 — гайка-переводник; 20 — направляющий конус.

Скважинный гидроштанговый насос был спущен на полых насосных штан­гах (42—35 мм) внутрь колонны насосно-компрессорных труб (89—76 мм) и установлен в замковой опоре насоса НСВ2-32 на глубине 1100 м. Для обес­печения герметичности колони труб все резьбовые соединения перед сборкой были обработаны специальной графи­товой герметизирующей пастой. После монтажа насоса в замковой опоре было установлено, что посадка в опоре не обеспечена, поэтому полная посадка в опору и герметизация были достигну­ты путем гидравлического воздействия на центральную колонну труб. После этого насосный агрегат был надежно за­фиксирован и полости труб загермети­зированы.

Таблица 3.6

Глубина, м	100	200	300	400	500	600	700	800
Отклонение	4°33'	18°15'	23°15'	36°	49°45'	68°7'	69°	69°45'
Глубина, м	1000	1100	1200	1300	1400	1500	1600	1700
Отклонение	67°30'	67°45'	64°30'	61°	58°30'	55°45'	53°	50°30'

На устье скважины колонна насосно-компрессорных труб и полых насосных штанг была оборудована стандартным устье­вым сальником СУС-42 для полых насосных штанг, затем была подключена через линии коммуникации к поверхностному си­ловому насосному блоку. Насосный блок был установлен на рас­стоянии 20 м от устья.

Силовой насосный блок до монтажа на скважине предвари­тельно был опробован в мастерских в стендовом режиме [5].

На стенде были испытаны различные типы гидрораспредели­телей, определены перепады давления в гидромаслоразделителях, отлажена и испытана система управления установкой и си­стема компенсации утечек, кроме этого, было спрессовано поверхностное оборудование и исследованы некоторые энергети­ческие показатели установки.

После обвязки устья и поверхностного силового насосного оборудования установка была запущена в работу. Частоту двой­ных ходов плунжерной группы изменяли путем регулирования потока рабочей жидкости дроссельными устройствами или регу­ляторами потока. В качестве рабочей жидкости было использо­вано индустриальное масло И-20, ГОСТ 1707-51. Частоту цикла работы насоса изменяли в процессе испытаний в пределах от 1 до 3,5 в минуту.

Промысловые испытания установки гидроштангового насоса включали следующие этапы:

• опрессовку наземного оборудования и линий коммуника­ций шесте­рен­ным мас­ло­на­со­сом TGL А-100;

• настройку и проверку аварийной защиты установки по давлению и току;

• настройку и проверку взаимодействия узлов гидроаппара­туры и скважинного на­сос­но­го агрегата;

• проверку регулировочных устройств;

• работу установки гидроштангового насоса на различных режимах с раз­лич­ными сис­те­мами управления;

• исследование работы установки на различных энергети­ческих режимах;

• регистрацию рабочих параметров насосной установки с помо­щью совре­мен­ной элект­ронной тензометрической аппаратуры;

• исследование рабочего процесса гидроштангового насоса.

В процессе испытаний гидроштангового насоса был выпол­нен полный комплекс научно-исследовательских работ по изучению рабочего процесса, работоспособности насосной установки и отдельных узлов гидроаппаратуры. При прове­дении испытаний установка запускалась и работала с вклю­чением в линию нагнетания пневмокомпенсатора и при от­ключенном пневмокомпенсаторе.

При отключенном пневмокомпенсаторе в момент реверсиро­вания потоков рабочей жидкости гидрораспределителем во всей гидросистеме наблюдался значительный гидравлический удар. При подключении к гидросистеме пневмокомпенсатора гидрав­лические удары были устранены.

В поверхностном силовом насосном блоке предусмотрена система компенсации утечек (СКУ) воды в колонне насосно-компрессорных труб. В состав СКУ входит один дозаторный мо­ноблочный насос НД-КХУ63.