Эксплуатация нефтяных скважин

 

      СОДЕРЖАНИЕ 

Введение..................................................................................................3

1.Эксплуатация  нефтяных скважен с помощью  винтовых

 насосов....................................................................................................5

2.Эксплуатация  нефтяных скважен с помощью

 диафрагменных   насосов.....................................................................14

Заключение............................................................................................16

Литература.............................................................................................18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Введение 

      Насо́с  — гидравлическая машина, преобразующая  механическую энергию приводного двигателя  в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами или сжиженных газов.

      Следует заметить, что машины для перекачки  и создания напора газов выделены в отдельные группы и получили название вентиляторов и компрессоров.

      Разность  давлений жидкости в насосе и трубопроводе обуславливает её перемещение.

      Неполная  классификация насосов по принципу действия и конструкции выглядит следующим образом: 

    

• импеллерные (ламельные) насосы
• пластинчатые (шиберные) насосы
• Водокольцевой насос
• шестерённые насосы
• аксиально-плунжерные насосы
• Радиально-плунжерные насосы
• центробежно-шнековые (дисковые,оседиагональные) насосы
• винтовые (шнековые)
• поршневые
• центробежные
• осевые
• вихревые
• роторные
• струйные
• диафрагменные
• перистальтические
• мембранные
• абсорбционные
• тараны
• магниторазрядные

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1.Эксплуатация  нефтяных скважен  с помощью винтовых

        насосов 

      Основным  элементом погружного винтового  насоса (ПВН) является червячный винт, вращающийся в резиновой обойме специального профиля. В пределах каждого шага винта между ним и резиновой обоймой образуются полости, заполненные жидкостью и перемещающиеся вдоль оси винта. Приводом служит такой же ПЭД, как и для ПЦЭН, с частотой вращения, вдвое меньшей. Это достигается такими соединениями и укладкой статорной обмотки двигателя, что создается четырехполюсное магнитное поле с синхронной частотой вращения 1500 мин".

      Если  для ПЦЭН увеличение частоты вращения улучшает эксплуатационные характеристики насоса, то для ПВН, наоборот, желательно уменьшение частоты вращения вала, так как в противном случае увеличивается износ, нагрев, снижается к. п. д. и другие показатели. Внешне ПВН мало отличается от ПЦЭН.

      В комплект установки входят: автотрансформатор  или трансформатор на соответствующие напряжения для питания ПЭД; станция управления с необходимой автоматикой и зашитой; устьевое оборудование, герметизирующее устье скважины и ввод кабеля в скважину; электрический кабель круглого сечения, прикрепляемый поясками к НКТ; винтовой насос, состоящий из двух работающих навстречу друг другу винтов с двумя приемными сетками и общим выкидом; гидрозащита электродвигателя; маслонаполненный четырехполюсный электродвигатель переменного тока - ПЭД.

      Основной  рабочий орган винтового насоса (рис.1) состоит из двух стальных полированных и хромированных одно-заходных винтов 2 и 4 с плавной нарезкой, вращающихся в резинометаллических обоймах 1 и 5, изготовленных из нефтестойкой резины особого состава.

      Внутренняя  полость обойм представляет собой двухзаходную винтовую поверхность с шагом в два раза больше, чем шаг винта. Винты соединены с ПЭДом и между собой валом с промежуточной эксцентриковой муфтой 3. Оба винта имеют одинаковое направление вращения, но один винт имеет правое направление спирали, а другой - левое. Поэтому верхний винт подает жидкость сверху вниз, а нижний - снизу вверх. Это позволяет уравновесить винты, так как силы, действующие на них от перепада давления со стороны выкида и приема, будут взаимно противоположны.

      Любое поперечное сечение стального винта есть правильный круг, однако центры этих кругов лежат на винтовой линии,

      

      Рис. 1 Винтовой насос с двумя уравновешенными  рабочими органами

      ось которой является осью вращения всего  винта.

      В любом сечении винта, перпендикулярном к его оси, круговое сечение оказывается смещенным от оси вращения на расстояние е, называемое эксцентриситетом (рис.2).

      Поперечные  сечения внутренней полости резиновой  обоймы в любом месте вдоль  оси винта одинаковые, но повернуты  относительно друг друга. Через расстояние, равное шагу, эти сечения совпадают.

      Само  сечение внутренней полости в  любом месте представляет собой  две полуокружности с радиусом, равным радиусу сечения винта, раздвинутые  друг от друга на расстояние 4е.

      При работе двигателя винт вращается вокруг собственной оси. Одновременно сама ось винта совершает вращательное движение по окружности диаметром d = 4е.

      Гребень спирали винта по всей своей длине  находится в непрерывном соприкосновении  с резиновой обоймой. Между винтом и обоймой образуется полость, площадь сечения которой равна произведению диаметра винта D на 4е, а высота этой полости в направлении оси винта равна шагу обоймы Т ( T = 2t, где t - шаг винта).

      Перекачиваемая  жидкость заполняет полость между  винтом и обой-

      

      Рис.2. Сечение резиновой обоймы и винта насоса

      3. Положение сечения винта в  обойме при его повороте на  один оборот 

      I - исходное положение, II - положение  при повороте на 90°, III - положение  при по вороте на 180º, 

      IV - положение при повороте на 270°, V - положение при повороте на 360°; к - фиксированная точка на поверхности винта (вращение против часовой стрелки) мой в пределах каждого шага и, так как при вращении винт в осевом направлении не движется, то жидкость будет перемещаться вдоль оси винта на расстояние одного шага при повороте винта на один оборот. Следовательно, суточная подача винтового насоса будет равна  

      

      где n - частота вращения вала ПЭДа (примерно 1480 мин-1); α - коэффициент подачи насоса: коэффициент подачи насоса, учитывает  обратные протечки через линию соприкосновения гребня спирали винта с внутренней полостью обоймы; неполное заполнение полостей за счет наличия газа во всасывающей смеси; усадку нефти при переходе ее от термодинамических условий насоса к условиям на поверхности.  

      

      На  рис.3 показаны четыре последовательных положения сечения винта в обойме при одном его повороте.

      Для того чтобы верхний и нижний винты  имели возможность вращаться  не только вокруг своей оси, но и  по окружности диаметром d = 2е, они соединены  между собой специальными эксцентриковыми муфтами (см. рис.1). Конец вала, выходящего из верхнего сальника и подшипника узла гидрозащиты, соединяется с нижним винтом также с помощью эксцентриковых муфт 3.

      Эксцентриковые  муфты работают в жидкости, откачиваемой насосом Насос имеет двухсторонний прием жидкости и общий выкид в пространство между верхним и нижним винтами. Далее жидкость проходит по кольцевому зазору между корпусом металло-резиновой обоймы верхнего винта и кожухом насоса. Затем по специальным косым каналам, минуя приемную сетку верхнего винта, жидкость попадает в головную часть ПВН, в которой имеется многофункциональный предохранительный клапан поршеньково-золотникового типа. Обойдя по сверлению предохранительный клапан, жидкость проходит шламовую трубу и попадает в НКТ.

      В нижней части насоса, ниже герметизирующего сальника и двухрядного радиально-упорного подшипника размещается пусковая муфта. Она соединяет вал протектора и двигателя с валом насоса только после того, как вал двигателя  разовьет число оборотов, соответствующее максимальному крутящему моменту двигателя. Для этого в пусковой муфте имеются выдвижные эксцентриковые кулачки, входящие в зацепление при определенной частоте вращения вала. Такая пусковая муфта обеспечивает надежный запуск насоса при максимальном крутящем моменте двигателя.

      Кроме того, она не позволяет вращаться  валу насоса в сторону, противоположную  заданному направлению. В этом случае в муфте происходит свободное  проворачивание валов без зацепления, чем предупреждается развинчивание  деталей насоса и резьбовых соединений, а резиновые обоймы рабочих органов предохраняются, таким образом, от перегрева и сухого трения, так как при обратном вращении жидкость из НКТ откачалась бы в кольцевое пространство. Такое обратное вращение может произойти при ошибочной перестановке двух концов электрического кабеля на трансформаторе.

      Четыре  эксцентриковые муфты позволяют  за счет подвижности шарниров передавать необходимый крутящий момент и одновременно совершать винтам сложное планетарное  движение в резиновых обоймах.

      Поршеньково-золотниковый предохранительный клапан выполняет  следующие функции.

      Так как сквозной проток жидкости при  неподвижном винте в ПВН невозможен, то при его спуске в скважину на НКТ под уровень жидкости возникает  необходимость заполнения НКТ жидкостью из межтрубного пространства. В этом случае поршеньково-золотниковый предохранительный клапан устанавливает сообщение внутренней полости НКТ с межтрубным пространством.

      При подъеме ПВН из скважины жидкость из НКТ по тем же причинам не может  перетечь в межтурбное пространство. Поршеньково-золотниковый клапан в этом случае также устанавливает сообщение внутренней полости НКТ с межтрубным пространством и жидкость сливается.

      При недостаточном притоке жидкости из пласта в скважину или при содержании в жидкости большого количества газа золотник предохранительного клапана устанавливается так, что часть жидкости из колонны НКТ перетекает через боковой клапан в межтрубное пространство. Когда насос разовьет нормальную подачу, золотник клапана перекроет боковой спусковой канал и вся жидкость, подаваемая насосом, будет поступать в НКТ.

      В противоположность ПЦЭН винтовые насосы, как и все объемные машины, не могут работать при закрытом выкиде. Поэтому при случайном закрытии задвижки на устье ПВН выходит  из строя. Для предупреждения подобных явлений золотниковый предохранительный клапан срабатывает и сбрасывает жидкость из НКТ в межтрубное пространство. Для этого клапан регулируется на строго регламентируемую величину давления, при превышении которой происходит сброс.

      Золотниковый  предохранительный клапан позволяет  откачивать жидкость из скважин с  низким динамическим уровнем и не допускает его снижения до приемных сеток насоса, так как в этом случае клапан сбросит жидкость из НКТ в межтрубное пространство. Это приведет к снижению результирующей подачи и срабатыванию релейной защиты на станции управления, отключающей всю установку.

        

      Рис. 4. Рабочие характеристики винтового  насоса типа ЭВНТ5А-100-1000 при работе на воде и глицерине 

      Если  по каким-либо причинам установка не отключится, то после накопления жидкости в межтрубном пространстве и повышения ее уровня клапан закроет спусковой канал и установка перейдет на нормальный режим работы с полной подачей жидкости в НКТ. Поскольку слабый приток из пласта сохраняется, то это приведет снова к снижению уровня в межтрубном пространстве, клапан снова сработает и сбросит жидкость из НКТ в межтрубное пространство. Такая вынужденная самопроизвольная периодическая эксплуатация будет продолжаться до тех пор, пока станция управления не отключит установку. Назначением золотникового предохранительного клапана является недопущение сухого трения винта в резиновой обойме и выхода из строя насоса по этой причине.