УСТАНОВКА НАСОСНАЯ ВИНТОВАЯ СО ШТАНГОВЫМ ПРИВОДОМ УНВП-1О ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ ИЗ МАЛОДЕБИТНЫХ СКВАЖИН-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

УСТАНОВКА НАСОСНАЯ ВИНТОВАЯ СО ШТАНГОВЫМ ПРИВОДОМ УНВП-1О ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ ИЗ МАЛОДЕБИТНЫХ СКВАЖИН-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

«Установка насосная винтовая со штанговым приводом для добычи нефти из малодебитных скважин».
Малодебитная скважина-(истощенная скважина) нефтяная с малым притоком, высокой обводненностью.
Привердян и Круман определяют малый дебит скважины равный менее 10м3/сут; А.Н.Адонин менее 5 т/сут. В журнале World Oil считают малый дебит скважины с добычей нефти до 1 т/сут.
Установка УНВП состоит из наземного и глубинного скважинного оборудования. В качестве скважинного оборудования используется винтовой насос, снабженный на приемной части обратным клапаном. Ротор насоса спускается на колонне штанг, а статор на колонне НКТ, которая закрепляется в колонной головке.
 Поверхностное оборудование состоит из устьевого сальникового превентора, разделителя потока жидкости, вращателя с модульной вставкой и электродвигателя.
Предлагаемая нами конструкция - разделитель потока жидкости.
Работает разделитель потока следующим образом: добываемая пластовая жидкость попадая в разделитель потока жидкости распределяется в определенном количестве через один выход в систему сбора, а через другой обратно подливается в затрубное пространство для поддержания оптимального динамического уровня, этот процесс регулируется задвижками и манометрами. Определение динамического уровня осуществляется с помощью прибора - эхолот ЭХО-2;
Эхолот ввинчивается в штуцер в сальниковом превенторе и осуществляется измерение.
С начала подбирается насос и выводится на режим с определенным значением динамического уровня.
С течением времени динамический уровень может как падать так и увеличиваться, это зависит от многих факторов (пластовое давление). Однако в длительном промежутке времени дебит падает.
Существуют следующие способы регулирования частоты вращения насоса:
-изменение передаточного отношения редуктора, к ним относится:
а) замена шкива клиноременной передачи;
б) замена модульной вставки.
- изменение частоты вращения электродвигателя.
Первоначально насос работает на определенной подаче и определенной частоте, в расчетах принятой = 180 об/мин. В ходе расчетов были проделаны теоретические графики.
(График1) - С течением времени динамический уровень растет (рисунокА), как только динамический уровень находится (доходит) в неблагоприятной области, мы уменьшаем отбор жидкости из скважины путем постоянного подлива жидкости в за трубное пространство для поддержания динамического уровня (рисунок В)
При этом по нашим расчетам (начиная со стр 47) количество сливаемой жидкости определяется как Qсбр. Таким образом установка отбирает нефть с подачей Q, которая находится в диапазоне между Qн1 и Qн2. В результате насосную установку можно плавно регулировать, благодаря чему, мы можем отбирать жидкость с большей подачей, чем при работе установки с подачей Qн2.
(График 2) Для данных условий была расчитана высота роста динамического уровня при изменении пластового давления на 1 МПа и коэффициента продуктивности на 0,1.
В результате:
Данная установка позволяет обеспечить непрерывный отбор жидкости из скважины без ее остановки. При этом возможна установка скважины на режим с максимально возможной производительностью. Кроме того возникает возможность исследовать работу скважины на различных режимах.
Применяется разделитель потока для:
Эффективной добычи нефти
Поддержания дин уровня
Поддержания постоянного притока нефти на забой скважины.
2 Литературный и патентный обзор оборудования для добычи нефти из малодебитных скважин 
2.1 Конструкция длинноходовых насосных установок

Принцип работы установки заключается в том, что наземный привод производит наматывание ленты на барабан и сматывание ее в скважину с заданной скоростью и интервалом движения плунжера. Возвратно-поступательное движение ленты с плунжером и работа клапанов обеспечивают подъем жидкости на поверхность. Движение плунжера вверх и вниз осуществляется путем реверсирования двигателя. Производительность установки определяется скоростью движения плунжера, длиной его хода и временем отстоя жидкости в конце хода вверх или вниз с целью обеспечения притока жидкости в скважину.
 Первый опытный образец длинноходовой насосной установки с ленточным механизмом подъема изготовлен в НГДУ "Бузулукнефть" и прошел промысловые испытания на Покровской площади в 1978 г.
 Принципиальная схема насосной установки представлена на рисунке 2.1. В компоновку первой установки входит закрепленный на раме редуктор 10, На валу редуктора размещены бобина 9, на которую наматывается лента, электродвигатель 11, клиноременная передача 13, расположенная горизонтально, механизм реверсирования 14, тормоз 12, направляющий ролик 8, станция управления 16. Рама крепится на фундаменте. Центрирование ленты при спуске в скважину обеспечивается направляющим роликом, закрепленным в соответствии с положением оси скважины.


Рисунок 2.1 — Принципиальная схема длинноходовой установки


2.1.1 Устройство и принцип работы плунжерно-диафрагменного
насоса

Насосы (рисунок 2.2) состоят из двух частей: верхней – гидроцилиндра, в котором размещена рабочая пара, состоящая из цилиндра 10 и штока 11, и нижней - с установленными в ней диафрагменными бачками 17 в количестве от 1 до 3 бачков в зависимости от исполнения насоса. Диафрагмой 18 бачок в осевом направлении разделен на две полости – коллекторную, которая объединяет все бачки в единую полость, соединенную коллекторной трубой 6 с полостью под плунжером, и полость, соединенную через отверстия в стенке бачка с камерой всасывания. В коллекторную полость залито рабочее тело – масло И-8А ГОСТ 20799-88, которое отжимает диафрагму к противоположной стенке давлением рабочего тела.
При ходе штока вверх в полости гидропривода образуется вакуум, и
диафрагма в бачках получает возможность перемещения к стенке коллекторной
полости. Давлением пластовой жидкости клапан всасывания 2 открывается и
через всасывающий патрубок 3 жидкость поступает в камеру всасывания.
При этом клапан нагнетательный 15 давлением столба жидкости в НКТ удерживается закрытым, и пластовая жидкость заполняет камеру всасывания, отжимая диафрагму в крайнее положение, к коллектору. При ходе штока вниз объем полости цилиндра уменьшается и рабочее тело из коллекторной полости передавливается в бачки, отжимая при этом диафрагму. В свою очередь диафрагма вытесняет пластовую жидкость через отверстия в камеру всасывания, создавая в ней избыточное давление. Нагнетательный клапан открывается, пропуская в НКТ объем жидкости, равный объему рабочего тела, вытесненного из коллекторной полости.


1-фильтр, 2-клапан всасывания, 3-патрубок всасывания, 4-уплотнение,
5-клапан стравливания, 6- коллекторная труба, 7-гидравлическая система (собственно насос), 8-муфта, 9-гидропривод, 10-цилиндр, 11-шток,
12-переводник, 13-фиксатор, 14-хвостовик, 15-клапан нагнетания, 16-букса,
17-бачок, 18-диафрагма.

Рисунок 2.2 – Насос плунжерно-диафрагменный

2.1.3 Насос погружной винтовой сдвоенный типа ЭВН5

Насосы погружные винтовые сдвоенные типа ЭВН5 входят в состав
погружной установки для добычи нефти. Установка - погружной агрегат с
электрооборудованием (станция управления и автотрансформатор),
расположенным на поверхности. Погружной агрегат, состоящий из насоса и
электродвигателя, с узлом гидрозащиты, опускают в скважину на насосно-
компрессорных трубах, по которым из скважин подается пластовая жидкость.
Электродвигатель - погружной маслонаполненный, асинхронный. Питание двигателя по специальному бронированному кабелю.
Насосы погружные винтовые сдвоенные типа ЭВН5 предназначены для откачки пластовой жидкости повышенной вязкости из нефтяных скважин.
Пластовая жидкость - смесь нефти, попутной воды и нефтяного газа -
имеет следующие характеристики:
- максимальная динамическая вязкость, мПа∙с .................................. 1000
- объемная доля попутной воды, %, не более..................................... 99
- объемная доля свободного газа на приёме насоса, % ........................ 50
- массовая доля твердых частиц, г/л, не более .................................... 0,8
- микротвердость частиц, HRC, не более ...........................................55
- максимальная температура, °С ...................................................110

1- Выкидной трубопровод; 2- отвод газа; 3- патрубок для подлива жидкости;4- дозаторный насос; 5- трубопровод из емкости.
Рисунок 2.6 – Схема оборудования с ШСНУ при большом содержании песка.
Высокая эффективность данного процесса подлива жидкости обусловлена тем, что этот способ дает возможность(практически в любых пределах)регулировать объемную и расходную концентрации песка, предотвращает возможность остановки насоса.

3 Устройство и принцип действия установки
3.1 Конструкция винтовой насосной установки с поверхностным приводом
 
Установка состоит из наземного и глубинного скважинного оборудования. В качестве скважинного оборудования используется винтовой насос, снабженный на приемной части обратным клапаном. Ротор насоса спускается на колонне штанг, а статор на колонне НКТ, которая закрепляется в колонной головке.
 Поверхностное оборудование состоит из устьевого сальникового превентора, разделителя потока жидкости, вращателя с модульной вставкой и электродвигателя.
 Особенностью привода является то, что он обладает возможностью ступенчатого и плавного регулирования частоты вращения приводной штанговой колонны за счет изменения передаточного отношения в редукторах в широких пределах.

Рисунок 3.1 – Конструкция УНВП

3.2 Принцип действия УНВП

Битумная нефть характеризуется высокой вязкостью, высоким содержанием парафинистых и асфальто-смолистых веществ. В таких условиях на практике добычу ведут при тепловом воздействии.
 Технология добычи высоковязкой нефти при помощи винтовой насосной установки со штанговым приводом заключается в нагнетании реагента через трубу устьевой арматуры. 



Рисунок 3.2 – Оборудование винтовой насосной установки для добычи высоковязкой нефти

 Электродвигатель 1, приводит в движение вращатель 2, который передает вращающий момент полым штангам 10. Посредством муфты 9 (рисунок 3.3) вращение от штанг передается ротору винтового насоса 8, который опущен на колонне насосно-компрессорных труб 11 в скважину.


Рисунок 3.3 – Муфта перфорированная

Вместе с этим дозировочный насос 7, через трубу нагнетает реагент в устьевую арматуру 3. Далее реагент нагнетается в полые штанги 10 и через перфорированную муфту 9 попадает в колонну насосно-компрессорных труб. При этом происходит смешение с пластовой жидкостью, что уменьшает вязкость нефти и предотвращает отложения асфальто-смолистых и парафинистых веществ на штангах и на внутренней стенке колонны насосно-компрессорных труб. В результате этого условия работы установки облегчаются, а надежность увеличивается.
 В качестве полых штанг используются насосно-компрессорные трубы диаметром 33 мм.
3.3 Принцип действия одновинтового насоса

Одновинтовые насосы относятся к объемным гидромашинам и являются практически единственными конструкциями этого класса, обеспечивающими работоспособность и долговечность при перекачивании жидкостей, содержащих механические примеси и обладающих большой вязкостью. Это достигается самим принципом действия и конструкцией рабочих органов(наличие эластичной обкладки обоймы и износостойкой поверхности винта).
В цилиндре с профилированной внутренней винтовой поверхностью (обойме) вращается винт. Благодаря особому профилю поверхностей обоймы и винта и вращению последнего получается непрерывное движение жидкости. При этом между внутренней винтовой поверхностью обоймы и поверхностью винта образуются замкнутые полости или объемы.
Винт насоса однозаходный, и его любое поперечное сечение представляет круг радиусом R ( рисунок 3.4).
Центр сечения винта смещен относительно оси на величину эксцентриситета е. Поверхность винта образуется вращением синусоиды abcd вокруг оси с её одновременным перемещением вдоль оси.




Рисунок 3.4 - Винт насоса

При повороте винте на 360° осевое перемещение синусоида составляет величину t и равняется шагу винта (рисунок 3.4). При правом вращении винта его заходность будет левой и наоборот, т. е. при вращении винт стремится вывернуться из обоймы или из-за сопротивления стремится послать обойму в направлении движения жидкости.
Обойма насоса (рисунок 3.5) представляет собой полый цилиндр с профилированной внутренней поверхностью двухзаходного винта с шагом Т, равным удвоенному шагу винта насоса 2t. Так как центр сечения круга винта и ось винта смещены соответственно относительно оси винта и оси обоймы на величину эксцентриситета е, то поперечное сечение двухзаходной винтовой поверхности обоймы будет представлено в виде полукругов радиусом R, равным радиусу сечения винта и прямоугольника. Внутреннюю поверхность обоймы можно представить как образованную сложным перемещением указанного сечения при его враще¬нии вокруг оси обоймы и при движении вдоль этой оси. Винтовая поверхность обоймы имеет то же направление вращения, что и поверхность рабочего винта. Все точки на периферии сечения обоймы описывают винтовые линии, и при повороте на угол 360° сечение перемещается на величину шага Т.





Рисунок 3.5 - Обойма насоса


Осевое перемещение при повороте на угол ф составит:
Z = Т·/(2·) (3.1)
При вращении винта его любое поперечное сечение перемещается в
соответствующем поперечном сечении обоймы, образуя лунообразные
замкнутые полости.





Рисунок 3.6 - Замкнутые полости в паре обойма – винт

Общая площадь двух поперечных сечении этих полостей равна разности площадей сечений обоймы и винта 4еD. Замкнутые полости распространяются на длину шага обоймы, имея контуры витка спирали с переменной площадью поперечного сечения, изменяющейся от 0 до 4еD.
В общем случае в каждое поперечное сечение пары обойма — винт попадают сечения двух замкнутых полостей. Когда одна полость исчезает, вторая полость имеет наибольшую площадь поперечного сечения 4еD. Изменение сечения двух замкнутых полостей при различном положении винта представлено на рисунке 3.6.
По принципу действия одновинтовые насосы представляют собой насосы объемного типа, так как их производительность зависит от общего объема замкнутых полостей, образованных в единицу времени. Можно представить себе, что когда первая на стороне всасывания полость увеличивается в объеме, в ней и в приёмной части насоса создается разность давлений и эта полость заполняется жидкостью. В какой-то момент полость замыкается и начинает перемещаться к нагнетательному концу обоймы, перенося туда некоторый объем жидкости. При каждом полном повороте винта жидкость в замкнутом объеме перемещается вдоль оси обоймы на величину одного шага Т и выливается через постоянное проходное сечение 4еD обоймы.




Рисунок 3.7 - Сечения замкнутых полостей при различных положениях винта в обойме

Поэтому при установившемся вращении винта подача насоса, так же как в скорость движения жидкости в напорном трубопроводе, будет строго постоянной.
При перемещении замкнутых полостей давление в них увеличивается от давления всасывания рвс до давления нагнетания рн.
Винт в упругой обойме может иметь зазор и натяг. В случае натяга при определённом давлении также образуется зазор, хотя и весьма малый, но позволяющий полостям сообщаться между собой.
Длина пары обоймы — винт может быть различной, но не менее величины, равной удвоенному шагу обоймы 2Т.
3.4 УНВП в условиях малодебитных скважин
Применение штанговых винтовых насосов с поверхностным приводом вполне можно рассматривать как перспективное направление для применения на отечественном малодебитном фонде. Поверхностные при-
воды проще и дешевле погружных, что уже дало им возможность занять достойную нишу на зарубежных промыслах — в Казахстане, Канаде, Китае.
Штанговые винтовые насосы характеризуются высоким КПД, позволяют регулировать подачу без изменения напора, а также работать с сильно газированной жидкостью (до 50%) и большим количеством мех примесей. Что касается принципа действия винтовых насосов, то он основан на вытеснении жидкости из рабочей камеры, герметично отделенной от полости всасывания и нагнетания. Насосы данного типа имеют большую жесткость характеристик при изменении параметров, возможность перекачивания небольших объемов жидкостей при высоких давлениях, а также жидкостей с
широким диапазоном значений вязкости и газовой составляющей. Отличительная особенность одновинтового насоса заключается в развитых поверхностях трения со щелевым уплотнением. В связи с этим для обеспечения высокого ресурса насоса необходим режим жидкостного трения между ротором и статором. Наиболее часто используется максимально простое конструктивное и технологическое решение одновинтового насоса: ротором служит винт, а статором —обойма насоса. Винт металлический, а обойма — резино металлическая с внутренней поверхностью из синтетического каучука или другого эластомера.
Для эксплуатации малодебитных скважин (согласно многим источникам это скважины с дебитами до 20-25 м3/сутки) могут, в принципе, использоваться все виды стандартного нефтедобывающего оборудования. Вместе с тем специфика их применения находится под влиянием таких характеристик малодебитного фонда, как значительное количество механических примесей и АСПО, повышенное содержание газа и песка,
низкая рентабельность. Подбор оборудования для использования в малодебитных скважинах с учетом перечисленных особенностей поможет оптимизировать их эксплуатацию (например, по критерию технико-экономического эффекта), что особенно важно с учетом того, что доля таких скважин в структуре отечественного эксплуатационного фонда с каждым годом становится все больше.

В данном дипломном проекте разработал конструкцию установки для добычи высоковязкой нефти и технологию ее добычи. Описал все элементы оборудования. Произвел сравнительный прочностной расчет приводной колонны, рассчитал потери при нагнетании теплоносителя. Проанализировал данные по эксплуатации винтовых насосных установок с поверхностным приводом.
Произвел литературный и патентный обзор существующих конструкций установок для добычи высоковязкой нефти и способов ее добычи. Отметил недостатки способов и установок для добычи высоковязкой нефти и сделал вывод, что данная установка наиболее эффективна на месторождениях с высоковязкой нефтью. Технология добычи более экономична.
В разделе «Техническая и экологическая безопасность» провел анализ опасных и вредных для окружающей среды факторов, рассчитал заземляющее устройство двигателя УНВП и пришел к выводу, что обслуживание данного привода является безопасным для жизни и здоровья людей и экологически безопасным для окружающей среды, полностью соответствует требованиям Ростехнадзора.