Диапазон изменения газового фактора нефтей разрабатываемых месторождений весьма широк. Например в НГДУ «Южоренбургнефть» газовый фактор может доходить до 5000 м3/м3, а в НГДУ «Чернушканефть» — обычно не превышает 35 — 40 м3/м3. Допустимые значения газосодержания на входе в насос, по техническим условиям эксплуатации установок составляют 20%, однако, на самом деле эта величина колеблется (в зависимости от типоразмера насоса) в пределах 5 — 25 % от объема добываемой продукции.
Известны следующие методы борьбы с газом в скважинах, эксплуатируемых УЭЦН:
· спуск насоса в зону, где давление на приеме обеспечивает оптимальную подачу насоса и устойчивую ее работу;
· применение сепараторов различных конструкций;
· монтаж на приеме насоса диспергирующих устройств;
· принудительный сброс газа из затрубного пространства;
· применение комбинированных, так называемых «конусных» или «ступенчатых», насосов.
Создание на приеме насоса давления, равного давлению насыщения нефти газом или близкого к нему. Этот метод широко распространен, так как прост технологически и организационно, но является неэкономичным, поскольку для его осуществления требуется спуск насоса на большие глубины, соизмеримые с глубиной скважины. Последнее связано с затратами на насосно-компрессорные трубы, кабель, электроэнергию и спуско-подъемные операции, а иногда и невыполнимо по техническим причинам.
Применение сепараторов. Метод предусматривает установку на приеме насоса специальных устройств, разделяющих жидкость и газ, и выброс последнего в затрубное пространство.
В различных нефтедобывающих районах прошло промышленное апробирование как отечественного, так и импортного оборудования. По данным эксплуатации была зафиксирована удовлетворительная работа ЭЦН в течение длительною времени при объемном расходном газосодержании, равном 0,5.
Использованиедиспергаторов. Применение диспергаторов позволяет увеличить допускаемое значение объемного газосодержания на приеме от 0,10 до 0,25 за счет образования тонкодисперсной структуры среды. Диспергаторы эффективны в обводненных скважинах, образующих вязкую эмульсию, так как способствуют разрушению ее структуры.
Диспергатор является сильным турбулизатором потока и способствует эффективному выравниванию структуры газожидкостной смеси. Диспергаторы могут устанавливайся как вне, так и внутри насоса взамен нескольких рабочих ступеней.
Принудительный сброс газа из затрубного пространства. В процессе эксплуатации скважины часть газа сепарирует из жидкости в зоне приема насоса в затрубное пространство. Накапливаясь в нем, газ может оттеснить жидкость до приема насоса и, попадая в насос, снизить его подачу или вызвать аварийную работу в режиме сухого трения. Кроме того, газ создает противодавление на пласт, уменьшая приток жидкости.
Известны способы сброса газа из затрубного пространства путем применения автоматически работающих устьевых или скважинных обратных клапанов или эжекторов, отсасывающих газ принудительно (например — система «тандем»)
Применение комбинированных насосов. «Вредное» влияние газа уменьшается, если на приеме серийного насоса некоторое число ступеней заменить ступенями большей подачи. Обладая большим объемом каналов, эти ступени обеспечивают и большее поступление на прием газожидкостной смеси. При попадании в серийные ступени объем смеси уменьшается за счет сжатия и растворения газа в жидкости, чем и достигается оптимальная подача насоса.
Стабильная работа УЭЦН осуществляется при содержании свободного газа на входе в насос (по техническим условиям) от 5 до 25% в зависимости от типоразмера насоса. При увеличении количества свободного газа происходит ухудшение работы насоса. Газированная жидкость в некоторых случаях, если среда тонкодисперсная и наличие свободного газа не превышает допустимого, может положительно влиять на paботу насоса, т. к. происходит уменьшение плотности и вязкости откачиваемой смеси. Но, чаше всею, происходит частичное или полное запирание каналов рабочих колес в насосе при большом содержании газа, которое приводит к уменьшению подачи насоса, снижению наработки насоса на отказ. В некоторых случаях может происходив выход из строя погружного электродвигателя из-за плохого его осаждения за счет отсутствия потока жидкости
Газосепараторы предназначены для обеспечения стабильной работы погружного насоса при откачке высокогазированной жидкости.
Применение газосепараторов или диспергаторов позволяет предотвратить кавитацию, запирание рабочих органов насоса, обеспечить необходимую производительность насоса, повысить коэффициент полезного действия. Принцип работы диспергатора заключается в обеспечении необходимого диаметра пузырьков газа в откачиваемой газожидкостной смеси (ГЖС) путем их измельчения; газосепаратора — в удалении газовой фазы из откачиваемой смеси.
Все виды применяемого оборудования находятся на входе в первую рабочую ступень насоса, т.e. жидкость до входа в насос проходит через дополнительное устройство.
Мировыми производителями выпускается три типа газосепараторов
1) гравитационные;
2) вихревые;
3) центробежные.
Применение центробежных газосепараторов является самым надежным средством зашиты ЭЦН от вредного влияния свободного газа. От эффективности их работы во многом зависят параметры эксплуатации и наработка на отказ погружного насоса в скважине.
Для отделения газа от жидкости в этих газосепараторах используется плавучесть газовых пузырьков под действием гравитационных или центробежных сил.
Гравитационный газосепаратор имеет наименьший коэффициент сепарации, центробежный — наибольший, а вихревой газосепаратор по коэффициенту сепарации занимает промежуточное положение.
К устройствам предъявляются следующие требования:
1 — ликвидация вредного влияния свободного газа, содержание которого больше допускаемого по техническим условиям, что и приводит к срыву подачи насоса, которая обеспечивается за счет уменьшения диаметра пузырьков (для диспергаторов) или выброс газа в затрубное пространство (для газосепараторов);
2 — обеспечение минимального диаметрального размера устройства, соответствующего диаметральным размерам насоса определенной габаритной группы;
3 — необходимую подачу жидкости через рабочие органы устройства для обеспечения устойчивой работы насоса;
4 — обеспечение прохождения удлиненного, за счет применения устройства, погружного агрегата по всей глубине скважины, особенно — в наклонно направленных скважинах.