Насосы с воротом и колесным домкратом

Ограниченно применялись и многие другие конструкции штанговых насосов. Насосная установка с тросами и воротом (рис. 10.20) позволяет добиться длины рабочего хода 12—24 м, что снижает динамические нагрузки, необходимость смены штанг, возникновение газовых пробок и энергопотребление. Это устройство может применяться при глубоком погружении насоса. Колесный домкрат, напротив, применяется только для добычи с небольшой глубины.

Невзирая на многообразие штанговых насосных установок, качалкам отдано предпочтение благодаря их надежности, простоте, гибкости и известности. Хотя принцип работы остался тем же, что и у самых ранних насосных установок, современная качалка благодаря техническому прогрессу становится все более эффективной частью монтажа добывающего оборудования.

Рис. 10.20. Один из видов насосной установки с тросами

Достоинства и недостатки

Достоинства

Штанговый насос используется достаточно часто и хорошо знаком большей части персонала, занятого эксплуатацией и техническим обслуживанием. Он может применяться в широком диапазоне производительностей и на ограниченных скоростях и при ограниченных глубинах извлекать продукт из скважины вплоть до ее истощения. Штанговые насосы высоконадежны и легко поддаются диагностике с помощью ряда различных приемов: осмотра, динамометрии и зондирования скважины.

Данный метод позволяет добывать высокотемпературные или высоковязкие нефти, а проблемы коррозии и образование отложений легко разрешаются. Штанговые насосы приводятся в движение электричеством или топливным газом, причем электропривод легко подстраивается под график подачи газа или периодическую работу. Наконец, цена штангового насоса — дополнительное преимущество для поддержания эксплуатационных расходов на низком уровне.

Недостатки

Среди недостатков штанговых насосов следует упомянуть их непригодность для искривленных скважин. Глубина и объем скважин, для которых они могут применяться, ограничены весом штанг и запасом прочности, а высокий газовый фактор скважины либо попадание песка и парафина в скважинные флюиды еще более ухудшают их эффективность.

Определенные физические характеристики установок также свидетельствуют против их использования. Большие размеры штанговых насосов загромождают городскую застройку и мешают работе вращающихся дождевальных машин в сельской местности. Суммарный вес и габариты могут помешать их применению на морских платформах. Для обслуживания внутрискважинного оборудования следует принимать во внимание дополнительное неудобство, связанное с необходимостью использования подъемных устройств.

Роторные установки

Сравнительно новой для нефтяной промышленности насосной системой является насос с поступательным движением полости (рис. 10.21). Такой насос состоит из ротора из хромированной стали, выполненного в виде наружной спирали. Статор, в котором вращается ротор, сделан из синтетического эластомера в форме двойной внутренней спирали и наглухо закреплен в стальном кожухе. Вращение вала, находящегося на поверхности, посредством электромотора с вертикальным шпинделем растягивает вал на заданную величину, создавая в нем напряжение, что заставляет полость, содержащую скважинные флюиды, подниматься наверх (рис. 10.22).

Преимущество этой насосной системы перед возвратно-поступательной заключается в том, что она экономит расходы на энергию, лучше перекачивает вязкие жидкости, легче справляется с жидкостями, несущими песок, а компактные размеры на поверхности делают ее более привлекательной для установки в сельской местности и в городской среде.

Недостатком этой системы является то, что глубина ее применения не превышает 1200 м из-за недостаточной термостойкости эластомеров, ее производительность ограничена (при сегодняшнем техническом уровне) добычей примерно 400 барр./сут., и она мало известна нефтяникам.

Гидравлические насосы

Добыча гидравлическими насосами — достаточно новый метод по сравнению со штанговыми насосами. Эксплуатация гидравлическими насосами была внедрена в промышленность С. Дж. Коверли (С. J. Coverly, Cobe Inc.) в начале 1930-х годов. Глубинный насос, используемый в этой системе, аналогичен штанговому насосу, но напрямую соединен с гидравлическим двигателем, который приводится в действие рабочей жидкостью (давление до 5000 psi*, 36 МПа), поступающей с поверхности.

Рис. 10.21. Насос с поступательным движением полости

Насосы Кобе

Самые первые гидравлические насосы относились к типу вставных насосов. Такой насос вводится в эксплуатационную насосно-компрессорную колонну на тонкой трубе, по которой под высоким давлением подается рабочая жидкость (рис. 10.23). В этом случае гидравлический насос помещается на дно насосно-компрессорной колонны, так же как вставной штанговый насос. Масло, выпускаемое из гидравлического двигателя, смешивается с добываемыми скважинными флюидами, текущими по насосно-компрессорной колонне. Поскольку гидростатический напор в трубопроводе рабочей жидкости равен гидростатическому напору нефти в эксплуатационной колонне, энергия потребляется только для перекачивания скважинных флюидов и для преодоления трения. Любой выделяющийся газ может быть удален по обсадной колонне и, как и в случае штангового насоса, ниже насоса может быть установлен газовый якорь, который способствует отделению газа. Отбор из скважины ограничен производительностью насоса такой величины, которая позволяет поместить его вместе с двигателем в данную эксплуатационную колонну.

При монтаже в обсадной колонне появляется возможность применять гидравлические насосы больших размеров и при данном размере обсадной колонны перекачивать большие объемы (рис. 10.24). При таком монтаже рабочая жидкость и добываемые жидкости всасываются по нагнетательной магистрали в скважинный гидравлический насос и смешиваются с новыми жидкостями из скважины, после чего поступают на поверхность по обсадной колонне.

Рис. 10.23. Гидравлический насос вставного типа

Недостатком такой конструкции является то, что добываемый газ должен проходить через насос и таким образом обсадная труба соприкасается с добываемыми жидкостями. И в случае монтажа в обсадной колонне, и при монтаже в насосно-компрессорной колонне нагнетательную магистраль приходится извлекать из скважины для технического обслуживания насосного узла.

Рис. 10.24. Гидравлический насос в обсадной колонне

В 1950г. был предложен гидравлический насосный Узел, устраняющий необходимость извлечения нагнетательной магистрали для поднятия насоса. Так называемые установки со свободным насосом спускаются в скважину под действием гидравлического давления, прикладываемого так же, как при работе насоса, а извлекаются Посредством изменения направления тока рабочей жидкости (рис. 10.25).

Рис. 10.25. Свободный гидравлический насос

Двигатель и насос в этом узле по существу такие же, как в обычном гидравлическом насосе. Тем не менее посадочный ниппель и нижняя уплотнительная пробка различаются и, кроме того, свободный насос снабжен поршнем для улучшения притока в скважину (свабом), оборудованным двумя манжетами в верхней части устройства. Эти манжеты обычно ориентированы так, чтобы создать герметичное уплотнение при извлечении насоса. В некоторых глубоких или искривленных скважинах верхняя манжета развернута обратной стороной для обеспечения уплотнения при извлечении насоса. Сваб снабжен шейкой для захвата ловильным инструментом, чтобы поднять насос на талях, если не удается получить его обычным способом.

Скважинные насосы

После внедрения насоса Кобе несколько фирм разработали гидравлические насосы, различающиеся конструктивными особенностями. Все они имеют в своем составе:

• насосный поршень, совершающий в цилиндре возвратно-поступательные движения;

• всасывающий и выкидной насосные клапаны;

• поршень двигателя, непосредственно соединенный с поршнем насоса;

• реверсивный клапан для обращения направления рабочей жидкости.

В одной из конструкций установлены насосный поршень одностороннего действия, качающий только при ходе вверх, и один поршень двигателя (рис. 10.26). Другие конструкции оснащены насосами двойного действия, которые сглаживают потребности в энергии, сдвоенными насосами для увеличения их объема, совместно работающими насосами для увеличения коэффициента сжатия и сдвоенными поршнями двигателя для увеличения мощности. Имеется также набор деталей, позволяющих изменять монтаж внутрискважинного оборудования для приспособления данных узлов к различным состояниям скважин (рис. 10.27).