Бесштанговые насосы

Поскольку угловая зубчатая передача и эксцентриковый привод поршня размещаются в погружном агрегате малых габаритов, мощность привода  ограничена 3—6 кВт. Электродвигатель трехфазный, асинхронный, маслозаполненный. Частота вращения вала электродвигателя 1350—1500 мин^-1. Зубчатая передача сокращает частоту вращения примерно в 2 раза. Таким образом, число ходов поршня в минуту около 750 при длине хода около 15мм. При давлении 10 МПа подача насоса составляет около 10 м/сут, КПД погружного агрегата — 0,45. Отечественные насосы имеют большой межремонтный период работы (более 200сут). В агрессивных условиях межремонтный период насосов ЭЦН и штанговых насосов в 2—3 раза меньше.

Установки работают от сети переменного тока напряжением 380 В при частоте тока 50Гц. Рабочий диапазон изменения температуры от 5 до 90°С.

Установки и электронасосы  различных типоразмеров полностью  унифицированы и отличаются сечением и длиной круглого кабеля кабельной  линии, а также рабочим диаметром  сменной плунжерной пары, входящей в состав плунжерного насоса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГИДРОПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ

Принцип действия гидропоршневого  насоса

Гидропоршневые насосы (ГПН) состоят из двух основных частей: гидравлического поршневого двигателя  объемного типа D (рис. 27) и соединенного с двигателем общим штоком поршневого насоса двухстороннего действия Н. Важным элементом ГПН, управляющим его работой, является золотниковое устройство 3. По принципу действия оно аналогично действию четырехходового крана. Внутренняя часть золотника с каналами может поворачиваться на 90° и занимать два положения (рис. 27, сплошные и пунктирные линии). Такие переключения (повороты) осуществляются автоматически от штока двигателя.

Рабочая жидкость нагнетается  с поверхности силовым насосом по трубопроводу 1 (НКТ) и при положении золотника, показанном на рисунке, попадает в верхнюю полость цилиндра двигателя D. Одновременно нижняя полость цилиндра двигателя D с помощью золотника сообщается с выкидной линией 2 (кольцевое пространство).

Под действием давления рабочей жидкости поршень 3 двигателя совершает ход вниз. Жидкость из-под поршня выходит через золотник в выкидной трубопровод 2 (кольцевое пространство). В конце хода вниз четырехходовой кран (золотник) автоматически поворачивается на 90°, а его каналы занимают положение, показанное на рис. 27 пунктиром. Рабочая жидкость из трубопровода 1 (НКТ) благодаря новому положению золотника получает доступ в нижнюю полость цилиндра двигателя D, а отработанная жидкость из верхней полости цилиндра попадает в выкидную линию 2. Под действием давления рабочей жидкости, поступающей в нижнюю полость, поршень 3 совершает ход вверх. В конце хода вверх золотник, связанный со штоком двигателя, снова поворачивается на 90° в обратную сторону, а его каналы снова занимают первоначальное положение. Это обеспечивает поступление рабочей жидкости в верхнюю полость двигателя и ход вниз. Скорость перемещения поршня двигателя и число его ходов, очевидно, будет зависеть от скорости закачки рабочей жидкости. При малой скорости закачки число ходов поршня двигателя будет малым и наоборот. Однако число ходов не может увеличиваться беспредельно. Инерция поршневой группы агрегата, золотника и жидкости в каналах будет лимитировать число 1 ходов, которое обычно не превышает 100.

Рис. 27. - принципиальная схема гидропоршневого насоса двойного действия с золотником, схематично показанного в виде двухходового крана

Жестко со штоком двигателя связан поршень (плунжер) 4 скважинного насоса Н, который также совершает возвратно-поступательное движение. Цилиндр насоса имеет с обеих сторон по одному нагнетательному 5 и всасывающему 6 клапану. При ходе поршня 4 вниз пластовая жидкость под действием давления на глубине погружения насоса будет поступать в верхнюю полость цилиндра насоса, проходя по обводному каналу 7 и через верхний всасывающий клапан 6. Пластовая жидкость из нижней полости цилиндра при ходе поршня 4 вниз будет вытесняться через нижний нагнетательный клапан 5 в выкидной трубопровод 2 (кольцевое пространство), смешиваясь там с отработанной рабочей жидкостью. При ходе поршня 4 вверх в полости под поршнем будет происходить всасывание пластовой жидкости через нижний всасывающий клапан 6, а в полости над поршнем нагнетание пластовой жидкости через верхний нагнетательный клапан 5 в выкидной трубопровод 2, т. е. в кольцевое пространство.

 

Область применения

 

• Скважины с дебитом от 10 - 20 до 1200 м /сут. Напор до 3500 м;
• Возможность эксплуатации наклонно-направленных скважин;
• Высокий КПД при откачке вязкой продукции;
• Малая площадь занимаемого оборудования;
• Эксплуатация при высоком содержании в пластовой жидкости воды (до 98 %), песка (до 2,7%) и агрессивных компонентов.

Недостатки:

• Высокая стоимость оборудования.
• Сложности технологии производства данного оборудования.

 

Гидропоршневые насосные установки различаются по типу принципиальной схемы циркуляции рабочей жидкости (открытая или закрытая);

В открытой системе рабочая  и пластовая жидкости смешиваются  при подъёме на поверхность.

    Преимущества такой системы

• Необходимость и достаточность двух независимых каналов.
• Возможность создания сбрасываемого агрегата.

Недостатки  такой системы:

• Необходимость подготовки больших объёмов рабочей жидкости.
• Сложность системы подготовки.

 

Данная схема имеет  преимущественное применение. В закрытой схеме не происходит смешивание рабочей и пластовой жидкости, поэтому не требуется сложная система подготовки рабочей жидкости, однако усложняется внутрискважинное оборудование, так как требуется три канала, а так же сложности в создании сбрасываемых агрегатов. Данная схема используется лишь в том случае, если откачиваемая пластовая жидкость содержит большое количество механических примесей и коррозионно-активных веществ.

 

Способы спуска гидропоршневых насосных установок.

 

Существует два способа  спуска гидропоршневых насосных установок:

• Спуск на НКТ, при котором насосный агрегат является продолжением НКТ. Преимуществом такого способа является возможность получения большего дебита. Основой недостаток такого способа традиционная схема подземного ремонта, связанная с подъёмом НКТ.
• Сбрасываемый агрегат.

 

 

Насосный агрегат гидропоршневой насосной установки.

Насосный агрегат гидропоршневой насосной установки состоит из трёх основных элементов: объёмного гидравлического  двигателя с возвратно-поступательным движением выходного звена, объёмного плунжерного насоса, системы управления, которая конструктивно выполнена в виде золотника и установлена между двигателем и насосом. Роль самого золотника выполняет шток.

 

 

 

 

 

Рабочие жидкости.

 

Требования к рабочим  жидкостям:

• Жидкость должна иметь высокий модуль упругости, то есть жидкость должна иметь низкую сжимаемость.
• Жидкость должна иметь стабильные характеристики (содержание твёрдой фазы, коррозионно-активных веществ, температуростойкость).
• Жидкость должна быть доступна по цене.

В гидропоршневых насосных установках в качестве рабочей жидкости используется сырая дегазированная нефть.

В общем случае система  подготовки рабочей жидкость представляет собой "мини-цех" для подготовки товарной нефти. Вследствие сложности  системы подготовки рабочей жидкости гидропоршневые насосные установки конструируются таким образом, что один блок подготовки с комплексом силовых масляных насосов снабжает гидравлической энергией несколько насосных агрегатов, расположенных в нескольких скважинах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ

Принцип действия

Струйные насосы относятся  к динамическим насосам. Динамические насосы характеризуются тем, что  рабочий орган разгоняет жидкость и передает кинетическую энегрию. Далее жидкость замедляется, а затем кинетическая энергия переходит в потенциальную. Струйные  насосы из числа насосных аппаратов имеют наиболее широкую область применения и наибольшее разнообразие  конструкций. Одним из них является водоструйный  насос. Особенностью насоса этого вида является его устройство, которое не имеет ни одной движущейся детали,что значительно увличивает надежность его в работе по сравнению с обычными насосами. Работа струйного насоса основана на принципе передачи энергии от одной жидкости или газообразной среды (рабочей) к другой (подсасываемой) в процессе их смешения.

 

 

К приемному патрубку струйного  насоса подводится поток жидкости под  напором, который, заставляя вытекать жидкость через узкое отверстие  сопла, преобразовывается в скоростную энергию. Вытекающая струя сначала  направляется в конус, переходящий плавно в расширяющийся диффузор, где кинетическая энергия потока за счет уменьшения скорости вновь преобразуется в напор, затем сместительную камеру и, наконец, в нагнетательный трубопровод. По всасывающему трубопроводу жидкость поднимается на высоту, равную перепаду напора.

Потери в струйных напорах (в сопле, сместительной камере, горловине и трубном расширителе) составляют значительную часть общей энергии, вследствие чего величина КПД их невелика и находится в пределах 15-25% , а в отдельных случаях при больших подачах достигает 30% и несколько больше.

Достоинствами струйных насосов являются простота их конструкции  и эксплуатации, а также возможность  перемещать жидкости с содержанием  в них механических примесей без  засорения и износа дорогостоящих частей, применяемых в насосах других конструкций.

Разновидностью струйного  насоса является эжектор, в котором в качестве рабочей среды используется пар. Так, на нефтеперерабатывающих заводах струйные двухступенчатые паровые эжекторы применяются на многих вакуумных установках для отсасывания газов и создания вакуума в колоннах. Применением этого насоса как раз служит агрегат насосный  струйный  АНС1-146 (AHCI-168) предназначен для добычи продукции из искривленных и вертикальных нефтяных скважин условным диаметром 146 и 168 мм.  Конструкция   насоса  позволяет производить гидродинамические исследования скважины и менять быстроизнашивающиеся детали  насоса  (струйного аппарата) без подъема насосно-компрессорных труб (НКТ).

 Насос  состоит из:

- корпуса;

- обратного клапана; 

- свободно сбрасываемого  (вымываемого)  струйного  аппарата.

Принцип действия  насоса  основан на использовании гидравлической энергии жидкости, закачиваемой под  высоким давлением по НКТ в  скважинный  струйный  аппарат, который, подсасывая продукцию скважины, передает ей энергию, используемую для подъема продукции на поверхность и транспорта в систему нефтесбора. В качестве РЖ может быть использована вода или нефть под высоким давлением.  Струйный   насос приводится в действие от наземного источника гидравлической энергии.

Управление работой  скважины, оборудованной  струйным   насосом, осуществляется с поверхности. В комплект поставки могут входить специальные инструменты и принадлежности, обеспечивающие монтаж и работу  насоса  в скважине:

- ерш-скребок; 

- ловитель  насоса;

- ловитель обратного  клапана; 

- пробка для опрессовки  НКТ; 

- пробка для опрессовки.

 

Одной из разновидностей насосных аппаратов явился водоструйный  насос, который как лабораторный прибор был предложен английским учёным Д. Томпсоном в 1852 и служил для отсасывания воды и воздуха. Первый промышленный образец струйного аппарата применил инженер Нагель в 1866 (предположительно в Германии) для удаления воды из шахт. Позднее созданы различные  струйные  насосы в виде водо-водяных эжекторов, пароводяных инжекторов и многие др.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1. «Нефтегазопромысловое  оборудование», В. Н. Ивановский.

2. «Машины и оборудование  для добычи нефти и газа»,  Г. В. Молчанов, А. Г. Молчанов.

3. «Погружные бесштанговые насосы для добычи нефти» А. С. Казак, М., 1973.

4. «Погружные  центробежные электронасосы для  добычи нефти», А. А. Богданов, М, 1968.