Повышение эффективности эксплуатации скважин, оборудованных эцн

Применение погружных электронасосов, спускаемых в скважину на насосно-компрессорных трубах, требует больших затрат времени на выполнение спуско-подъемных операций, свинчивание и развин­чивание резьбовых соединений труб. Вместе с этим дальнейшая интенсификация добычи нефти и совершенствование методов раз­работки нефтяных месторождений с использованием искусственного воздействия на пласт вызывают необходимость значительного по­вышения напора и подачи насосов в пределах применяемых диаметров обсадных колонн.

В последнее время разработан беструбный метод эксплуатации скважин, который предусматривает спуск электронасоса в скважину на кабель-канате. Это значительно упрощает и ускоряет процесс спуско-подъемных операций, так как они становятся непрерывными, а трудоемкие операции по соединению насосно-компрессорных труб и креплению к ним кабеля отпадают.

При этом методе подъем жидкости из скважины осуществляется непосредственно по обсадной колонне.

Д ля разделения пространства нагнетания в скважине от полости всасывания насоса применяются специальные пакеры-разобщители. При беструбной эксплуатации представляется также возможным выполнить погружной электронасосный агрегат с верхним располо­жением электродвигателя, что позволяет увеличить габариты агре­гата.

Беструбная эксплуатация нефтяных скважин погружными элек­тронасосами способствует расширению области применения и повышению эффективности электронасосов благодаря полному исполь­зованию поперечного габарита скважин, снижению гидравлических потерь напора, возможности эксплуатации наклонных скважин и скважин малого диаметра (с обсадными колоннами диаметром 141, 127, 114 мм).

В ерхнее расположение электродвигателя при беструбной схеме эксплуатации скважин позволяет применить максимально большие диаметры электродвигателя и насоса, а следовательно, резко по­высить подачу и напор насоса, а также к. п. д. электродвигателя и насоса и при тех же мощностях уменьшить длину погружного аг­регата. Так, например, для обору­дования скважин с обсадными колоннами диаметром 146 мм наружный диаметр насоса может быть принят равным 123 мм вместо 103 мм в серийно изготовляемых для этих скважин насосах, что дает увеличение подачи на 70—80% и напора на 40—50%.

Области применения электронасосов по подачам и напорам для беструбной эксплуатации скважин с различными диаметрами об­садных труб показаны на рис. 133.

В обычных условиях эксплуатации серийных насосов потери напора в трубах достигают при больших подачах 15—40% от на­пора, развиваемого насосом. При подъеме же жидкости непосредст­венно по обсадной колонне потери напора становятся незначитель­ными. Таким образом, беструбная электронасосная установка дает возможность не только резко увеличить отбор жидкости из скважин, но одновременно существенно увеличить эффективность их работы. Например, для скважин с обсадными колоннами диаметром 146 мм максимально эффективная подача насосов на трубах составляет 350—400 м³/сут, в то время как по беструбной схеме для этих

скважин могут быть созданы установки с подачей до 1000 м³/сут. Расчеты показывают, что в целом беструбные насосы позволяют увеличить добывание возможности установок в 1,5—2,0 раза и повысить эф­фективность установок на 20—30%. На рис. 134 приведены расчет­ные кривые к. п. д. установок погружных электронасосов для обыч­ной и беструбной эксплуатации скважин с обсад­ной колонной диаметром 146 мм.

Установка погружного электронасоса на ка­бель-канате состоит из пакера, электронасоса, электродвигателя, кабель-каната с кабельной муфтой и наземного оборудования.

Другим путем повышения подачи и напора электронасосов является применение сдвоенных погружных электродвигателей при параллельном включении обмоток статоров. Этим способом воз­можно пользоваться в ряде случаев для увеличе­ния мощности погружного агрегата, не ожидая создания особо мощных электродвигателей.

Соединение двух электродвигателей в один агрегат не требует каких-либо изменений в об­мотке статоров. В этом случае будет лишь два ввода плоского кабеля и в верхнем электродви­гателе удлиняется нижний конец вала, на ко­тором имеется шлицевая муфта для соединения с валом нижнего электродвигателя.

Общая схема установки со сдвоенными элек­тродвигателями показана на рис. 135. Проведенные

опыты и промышленные испытания показали, что, например, при сдваивании электродвигателей мощностью 75 кВт (ПЭД-75-123) мощность привода увеличивается до 150 кВт. Увеличение мощ­ности до 150 кВт дает возможность в скважине с обсадной колонной диаметром 168 мм иметь установки со следующими параметрами: а) подача 500 м³/сут, напор 1330 м; б) подача 700 м³/сут, напор 800 м; в) подача 1000 м³/сут, напор 660—700 м.

Опыт по сдваиванию электродвигателей с параллельным вклю­чением обмоток статоров показывает возможность сдваивания лю­бых серийных электродвигателей, имеющих одинаковые электри­ческие параметры по мощности, напряжению, скольжению, моменту.

Следует отметить, что при сдваивании электродвигателей проис­ходит удвоение силы тока в кабеле и увеличение потерь мощности, увеличение диаметра кабеля на 2—5 мм и соответствующее ограни­чение в выборе диаметра насосно-компрессорных труб и более слож­ный запуск вследствие большого пускового тока.

Обслуживание скважин, оборудованных погружными центро­бежными электронасосами, отличается простотой и сводится в основ­ном к периодическому наблюдению за их работой. Оператор при обходе скважин проверяет показания приборов станции управле­ния, подачу жидкости насосом, давление в затрубном пространстве и состояние сальникового уплотнения кабеля, а также выполняет все работы по обслуживанию, наладке и ремонту вспомогательного оборудования и средств автоматики, установленных на скважине.

ПРОЧИЕ ВИДЫ БЕСШТАНГОВЫХ ПОГРУЖНЫХ НАСОСОВ

ОКБ по бесштанговым насосам наряду с широко известными по­гружными центробежными электронасосами разработало конструк­ции высоконапорных винтовых и гидропоршневых насосов.

Ведутся изыскания и конструкторские работы по новым типам насосов — вибрационным, диафрагменным и другим. Все эти виды насосов еще не нашли широкого практического применения, по­этому здесь мы ограничимся лишь их кратким описанием.

Винтовые насосы. Винтовой насос, так же как и центробежный, спускают в скважину вместе с погружным электродвигателем на насосно-компрессорных трубах. Вся электрическая часть обеих этих конструкций насосов (поверхностное оборудование, кабель, ПЭД) одинакова. Напор в винтовом насосе создается специальным винтом, вращающимся в упругой резиновой обойме, охватывающей винт.

Наличие лишь одной подвижной детали (вращающийся винт), простота устройства и обслуживания являются важными преиму­ществами винтовых насосов.

В винтовых насосах производительность может изменяться с из­менением напора, поэтому их характеристика близка к характери­стике центробежных погружных электронасосов. Эти насосы могут быть использованы с большей эффективностью по сравнению с дру­гими видами насосов при эксплуатации скважин с высокой вяз­костью нефти и большими газовыми факторами.

Гидропоршневые насосы. Установка гидропоршневого насоса состоит из подземного и наземного оборудования. В подземное оборудование входят сборка погружного гидропоршневого агре­гата и две колонны насосно-компрессорных труб диаметром 73 114 мм, спущенных концентрически. Наземное оборудование со­стоит из силового насосного агрегата, емкости, арматуры устья сква­жины (специальной головки) и трубопроводов.

П огружной агрегат состоит из поршневого гидравлического дви­гателя двойного действия и поршневого насоса двойного действия. Поршень гидравлического двигателя и поршень поршневого насоса соединены жестким штоком.

Погружной агрегат устанавливают на специальный посадочный конус, предварительно спущенный в скважину на колонне 114-мм насосных труб. Две колонны насосных труб спускают для того, чтобы по одной из них подавать к гидравлическому двигателю ра­бочую жидкость от силового насоса, а по другой добытую и отрабо­танную жидкость подавать на поверхность. Нефть, подаваемая под большим давлением силовым насосом, установленным на поверхности, приводит в действие двигатель и вместе с ним поршне­вой насос. Вышедшая из поршневого по­гружного двигателя нефть смешивается с нефтью, поступающей из скважины в ци­линдр насоса, и возвращается на поверх­ность по кольцевому пространству между 73- и 114-мм трубами. Скважины с незначи­тельным выделением газа могут быть обо­рудованы одной колонной 73-мм труб с пакером.

Гидропоршневой погружной агрегат сбра­сывают в спущенные в скважину 73-мм трубы. Смена погружного агрегата произво­дится без подъема насосных труб. Подни­мают агрегат из скважины под действием рабочей жидкости, которая подается в коль­цевое пространство под агрегат и выдавли­вает его, поднимая до устьевой головки, где его захватывает ловитель.

В качестве силовых агрегатов приме­няются трехплунжерные горизонтальные насосы производительностью 60 дм³ с /и мак­симальным давлением до 150 -10⁵ Па при 400 двойных ходах в минуту.

Гидропоршневые насосы, находящиеся в эксплуатации, имеют производительность до 20 м³/сут при напоре до 2000 м и до 40 м³/сут при напоре 1000 м.

Вибрационные насосы. Установка вибра­ционного насоса состоит из колонны насосно-компрессорных труб, в муфтовых соединениях которой раз­мещены облегченные клапаны, и специального вибратора, уста­новленного на верхнем конце колонны насосно-компрессорных труб.

При помощи вибратора колонне труб непрерывно сообщаются колебания. Возникающие упругие колебания от верхнего конца ко­лонны труб распространяются с различными скоростями: в стали -со скоростью звука, т. е. 5000 м/с, а в откачиваемой жидкости -со скоростью 1000—1500 м/с. В результате резонанса, т. е. при равен­стве частоты внешних колебаний собственной частоте колеблющейся системы, различные участки колонны труб то удлиняются, то сжимаются с достаточно высокой частотой.

Во время колебания колонны труб, конец которой погружен в жид­кость и удлиняется на 10—15 мм с ускорением, превышающим уско­рение свободного падения g, жидкость, приподнимая шарик, дви­жется вверх; при сжатии колонны шарик опускается в седло. При чередовании циклов «удлинение — сжатие» жидкость поступает на поверхность.

Принципиальная схема вибронасосной установки приведена на рис. 136.

Во избежание самоотвинчивания труб вследствие колебаний колонны муфты снабжают стопорными приспособлениями 5.

Вибратор 1 состоит из двух эксцентричных маховиков, враща­ющихся в противоположных направлениях. Встречное движение ма­ховиков обеспечивается зубчатой передачей. Так как маховики вра­щаются навстречу друг другу, эксцентрики перемещаются вниз или вверх одновременно; в горизонтальной же плоскости один дви­жется влево, другой — вправо, чем устраняются горизонтальные· колебания и усиливаются вертикальные.

Кроме описанных видов насосов, известны также: диафрагменные насосы, в которых разделительным и исполнительным органом служит диафрагма, приводимая в действие механическим или ги­дравлическим способом; центробежные погружные насосы с приво­дом от гидравлических турбин (турбонасосы); мембранные насосы; электромагнитные насосы и т. п.

Погружные насосы всех этих видов по тем или иным причинам еще не применяются на практике и находятся в основном в стадии проектирования и промышленного испытания.