Струйные насосы для добычи нефти. Вибрационные насосы
Струйные насосы для добычи нефти
Одним из новых и перспективных для нефтепромысловой практики видов добывающего оборудования являются установки струйных насосов (УСН). Струйные аппараты нашли широкое применение в самых различных отраслях, что связано с простотой их конструкции, отсутствием движущихся частей, хорошей надежностью и способностью работать в очень сложных условиях: при высоком содержании в откачиваемой жидкости механических примесей и свободного газа, в условиях повышенных температур и агрессивности инжектируемой продукции.
В настоящее время разработаны струйные насосные установки с наземным и погружным силовым приводом; при этом струйный насос может быть стационарным или вставным (сбрасываемым).
Струйные насосные установки с наземным приводом могут быть двухтрубными и однотрубными, но с исполь-зованием пакера.
Струйные насосные установки с погружным силовым приводом, как правило, однотрубные без пакера.
Каждая система имеет преимущества, недостатки и свою область рационального применения.
Особое место занимают струйные насосные установки с погружным приводом, в качестве которого используется УЭЦН. Такие установки получили название тандемных установок: они обладают рядом существенных преимуществ перед любыми другими способами механизированной эксплуатации скважин, выводя технологию эксплуатации скважин на более высокий уровень.
Рис. 6.23. Принципиальная схема струйного насоса:
1- канал подвода рабочего агента; 2 - активное сопло; 3 - канал подвода инжектируемой жидкости; 4 - камера смешения; 5 – диффузор.
Принципиальная схема струйного насоса представлена на рис. 6.23. Насос состоит из следующих элементов: канала подвода рабочего агента 1, активного сопла 2, канала подвода инжектируемой жидкости 3 (в области сопла этот канал часто называют приемной камерой), камеры смешения 4 и диффузора 5.
Принцип работы струйного насоса заключается в следующем: рабочий агент, обладающий значительной потенциальной энергией, подводится к активному соплу 2, в котором происходит преобразование части потенциальной энергии в кинетическую. Струя рабочего агента, вытекающая из сопла 2, понижает давление в приемной камере (объем между началом камеры смешения и срезом сопла), вследствие чего часть инжектируемой жидкости (продукция скважины) подмешивается к рабочему агенту и поступает в камеру смешения 4. В камере смешения рабочий агент и инжектируемая жидкость перемешиваются, выравниваются их скорости и давления, и смешанный поток поступает в диффузор 5. В диффузоре происходит плавное снижение кинетической энергии смешанного потока и рост его потенциальной энергии. На выходе из диффузора смешанный поток должен обладать потенциальной энергией, достаточной для подъема его на поверхность.
Вибрационные насосы для добычи нефти
Исследования вибрационного или звукового насоса для эксплуатации скважин показало возможность его практического применения для подъема продукции скважин, в том числе со значительным содержанием механических примесей.
В основе вибрационного насоса лежит использование энергии чередующихся во времени удлинений и сжатий колонны насосно-компрессорных труб при действии на нее переменной возмущающей силы.
Схема вибронасосной установки приведена на рис. 6.26. Установка состоит из колонны обычных насосно-компрессорных труб 1, в муфтовых соединениях которой установлены шариковые клапаны 2. В отличие от шариковых клапанов глубинных плунжерных насосов шарики клапанов вибрационного насоса должны иметь меньшую массу; поэтому они изготавливаются из легких материалов на основе алюминия, пластических материалов и т.п. Клапан с принудительной посадкой шарика винтовой пружиной. Во избежание самоотворачивания труб, вследствие колебаний колонны муфты имеют специальные стопоры 3; снижение трения колонны НКТ в обсадной колонне достигается установкой центраторов 4.
1- колонна НКТ; 2 - шариковый клапан; 3 - стопор; 4 - центратор НКТ; 5 - опорная плита; 6 - пружины; 7 -вибрационная плита; 8 - вибратор; 9 - гибкий шланг; 10 - муфта НКТ; 11 - седло шарикового клапана; 12 - шарик; 13 - пружина клапана; 14 - упор пружины клапана
На устье колонна НКТ подвешивается на вибрационной плите 7. Для сообщения колонне труб колебаний на верхнем конце ее установлен специальный вибратор 8. Привод вибратора осуществляется от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания.
В результате работы вибратора от верхнего конца колонны НКТ распространяются упругие колебания со скоростью звука в материале труб (стали) примерно 5000 м/с, а в откачиваемой продукции - со скоростью 1000-1500 м/с. При равенстве частоты вынужденных колебаний и собственной частоты системы различные участки колонны труб то растягиваются, то сжимаются с достаточно высокой частотой. Во избежание разрушения колонны труб необходимо соблюдение условия: напряжение от создаваемых колебаний не должно превышать предела упругости материала труб.
Насос работает следующим образом. Так как нижняя часть колонны труб погружена в откачиваемую жидкость, а колонна во время колебания растягивается на 10-15 мм с ускорением, превышающим ускорение свободного падения g, жидкость, приподнимая шарик, движется вверх. В следующий момент, когда колонна сжимается, шарик садится в седло, перекрывая путь движению жидкости вниз. Вследствие повторения циклов «растяжение-сжатие» жидкость поднимается до устья, где отводится в сборную емкость через гибкий шланг 9.
Основные преимущества вибронасоса следующие:
1. Невысокая стоимость изготовления и эксплуатации.
2. Простота наземного оборудования и малая металлоемкость.
3. Возможность откачки жидкости с песком.
4. Возможность использования в искривленных скважинах.
5. Высокая наработка на отказ.
6. Сравнительно высокий КПД установки.
Но этому насосу присущи и существенные недостатки:
1. Невозможность механической очистки труб от отложений парафина.
2. Ухудшение показателей работы насоса при откачке парафинистой нефти вследствие отложения парафина в клапанах.
3. Возможность усталостных разрушений колонны НКТ.
Следует отметить, что вибрационные насосы можно отнести к перспективным техническим средствам эксплуатации скважин, в том числе и для шельфовых месторождений.