Гидропоршневые насосные установки (ГПНУ)
Передача энергии погружному насосу передается потоком рабочей жидкости.
Современные установки гидропоршневых насосов позволяют эксплуатировать скважины с высотой подъема до 4500 м, с максимальным дебитом до 1200 м 3 /сут при высоком содержании в скважинной продукции воды.
Гидропоршневая насосная установка включает:
- скважинный насос и гидродвигатель, объединенные в один агрегат;
- НКТ;
- блок подготовки рабочей жидкости;
- силовой насосный блок.
Установки гидропоршневых насосов – блочные автоматизированные, предназначены для добычи нефти из 2–8 глубоких кустовых наклонно направленных скважин в заболоченных и труднодоступных районах. Откачиваемая жидкость кинематической вязкостью не более 15×10 -6 м 2 /с с содержанием механических примесей не более 0,1 г/л, сероводорода не более 0,01 г/л и попутной воды не более 99 %.
Наличие свободного газа на приеме гидропоршневого насосного агрегата не допускается. Температура откачиваемой жидкости в месте подвески агрегата не выше 120 0 С.
Установки выпускаются для скважин с условным диаметром обсадных колонн 140, 146 и 168 мм.
Гидропоршневая насосная установка (рис. 3) состоит из поршневого гидравлического двигателя и насоса 13, устанавливаемого в нижней части труб 10, силового насоса 4, расположенного на поверхности, емкости 2 для отстоя жидкости и сепаратора 6 для её очистки.
Рис. 3. Схема компоновки оборудования гидропоршневой насосной установки:
а – подъем насоса; б – работа насоса;
1 – трубопровод; 2 – емкость для рабочей жидкости; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – силовой насос; 5 – манометр; 6 – сепаратор; 7– выкидная линия; 8 — напорный трубопровод; 9 — оборудование устья скважины; 10 – 63 мм трубы; 11 – 102 мм трубы; 12 – обсадная колонна; 13 – гидропоршневой насос (сбрасываемый); 14 – седло гидропоршневого насоса; 15 – конус посадочный; 16 – обратный клапан;
I – рабочая жидкость; II – добываемая жидкость; III – смесь отработанной и добытой жидкости
Насос 13, сбрасываемый в трубы 10, садится в седло 14, где уплотняется в посадочном конусе 15 под воздействием струи рабочей жидкости, нагнетаемой в скважину по центральному ряду труб 10.
Золотниковое устройство направляет жидкость в пространство над или под поршнем двигателя, и поэтому он совершает вертикальные возвратно-поступательные движения.
Нефть из скважин всасывается через обратный клапан 16, направляется в кольцевое пространство между внутренним 10 и наружным 11 рядами труб. В это же пространство из двигателя поступает отработанная жидкость (нефть), т. е. по кольцевому пространству на поверхность поднимается одновременно добываемая рабочая жидкость.
При необходимости подъема насоса изменяют направление нагнетания рабочей жидкости – её подают в кольцевое пространство.
Различают гидропоршневые насосы одинарного и двойного действия, с раздельным и совместным движением добываемой жидкости и рабочей.
Преимущество гидропоршневых насосов – возможность автоматизации и дистанционного управления спуско– подъемных работ при замене насоса. Недостатки их связаны с необходимостью обустройства промысла громоздкой системой снабжения скважин рабочей жидкостью при тщательной ее очистке, которая требуется для успешной работы гидравлического двигателя. В качестве рабочей жидкости используется очищенная дегазированная нефть.
Принцип действия гидропоршневого насоса
По принципу действия скважинный насос можно разделить на три группы соответственно с насосами одинарного, двойного и дифференциального действия (рис. 4).
Рабочая жидкость непрерывно нагнетается с поверхности силовым насосом насосного блока по каналу 3 в гидродвигатель 4. Золотник, совмещенный с гидродвигателем, переключает подачу рабочей жидкости поочередно в полости над и под поршнем 5 гидродвигателя и соответственно выход отработанной жидкости в канал 2 из полостей под и над поршнем. Так как давление нагнетаемой рабочей жидкости существенно больше давления отводной рабочей жидкости, то под действием перепада давления между этими полостями поршень гидродвигателя совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз.
Конструктивно золотник выполнен в виде фасонной втулки, которая перемещается в своем цилиндре с подводящими и отводящими каналами и управляется штоком 6 поршня гидродвигателя.
С поршнем 5 гидродвигателя шток 6 жестко связывает поршень 9 скважинного насоса 10, который также совершает возвратно-поступательное движение. Насос откачивает жидкость из скважины.
В насосе одинарного действия (рис. 4.7 6, а) при ходе поршня 9 вверх нагнетательный клапан 13 закрыт, так как на него действует значительно большее давление со стороны линии 1 выхода скважинной жидкости. При ходе поршня 9 вниз закрывается всасывающий клапан 12 и открывается нагнетательный клапан 13, жидкость из цилиндра насоса 10 вытесняется в линию 1 выхода скважинной жидкости. Полость над поршнем через отверстие 8 сообщается с затрубным пространством скважины.
Рис. 4. Принципиальные схемы гидропоршневых насосов одинарного (а), двойного (б) и дифференциального (в) действия:
1 - выход скважинной жидкости; 2 - выход рабочей жидкости; 3 - вход рабочей жидкости; 4 - гидродвигатель с золотником; 5 - поршень гидродвигателя; 6 - шток; 7 - уплотнение штока; 8 - отверстие; 9 - поршень скважинного насоса; 10 - скважинный насос; 11 - вход скважинной жидкости; 12 - всасывающий клапан; 13 - нагнетательный клапан
В насосе двойного действия (рис. 4, б) подача скважинной жидкости происходит при ходе поршня 9 вверх и вниз, то есть при прочих равных условиях почти в 2 раза больше подачи насоса одинарного действия. В них, например, при ходе поршня вверх одновременно происходит всасывание в полость под поршнем и нагнетание жидкости в линию 1 из полости над поршнем.
В насосе дифференциального типа (рис. 4, в) работает за счет перепада давления Ар, создаваемого разностью между давлением рабочей жидкости и давлением откачиваемой жидкости. Поршень 9 насоса 10 изготовлен сквозным, и в нем расположен нагнетательный клапан 13. Работает насос аналогично ШСН. Когда всасывающий клапан 12 закрывается под давлением, открывается нагнетательный клапан 13 и в канал 1 выталкивается часть откачиваемой жидкости в объеме штока 6, входящего в цилиндр насоса 10.
Различное расположение рабочих полостей в двигательной и насосной частях позволяет создать много схем схемы гидропоршневых насосных агрегатов (ГПНА).
Контрольные вопросы
1.Для каких скважин предназначены установки гидропоршневых насосов?
2. Из какого основного оборудования состоит гидропоршневая насосная установка?
3.На какие группы по принципу действия можно разделить гидропоршневой
насос?
4. Что позволяет создать различное расположение рабочих полостей в
двигательной и насосной частях установки?
!!! Если Вы смогли ответить на контрольные вопросы, то вы усвоили тему данного урока. Если нет – вернитесь к лекционному материалу.