В прошлой части я писал про фонтанный и газлифтный способы добычи нефти. Они, как правило, используются на начальных этапах разработки месторождений, когда для подъема нефти достаточно внутренней энергии или небольшого притока внешней в виде газа.
Но после исчерпания внутренней энергии, поднимать нефть из пласта можно только другим способом - используя один из видов глубинных насосов. Есть разные варианты глубинных насосов, но на практике, как правило, используется один из трех основных:
1. ШСНУ - штанговая скважинная насосная установка
2. ВШНУ - винтовая штанговая насосная установка
3. УЭЦН - установка электроцентробежного насоса
Начну с наиболее распространенного ранее видо глубинного насоса
ШСНУ/ШСН - штанговая скважинная насосная установка/штанговый скважинный насос
Наверняка все читатели блога видели их или вживую, или хотя бы на картинке. Это известные станки-качалки, один из символов нефтедобычи. Но сама качалка - это только надземная часть, вся установка состоит из надземной и подземной части. К надземной относится станок-качалка и скважинная обвязка (фонтанная арматура), а к подземной колонна НКТ, подвеска штанг и сам подземный насос.
Станок-качалка состоит из балансира с откидной головкой, стойки, наверху которой закреплен балансир, массивной рамы, которая крепится к железобетонному основанию, и привода балансира, состоящего из электродвигателя, клиноременной передачи, шатуна и кривошипа.
Привод приводит в действие балансир, который начинает совершать дуговые движения. На головке балансира закреплена канатная подвеска, к которой крепится первая штанга, которая называется полированный шток. Благодаря движению головки балансира она начинает двигать подвеску штанг вверх-вниз.
Устьевое оборудование предназначено для герметизации полированного штока, герметизации трубного и затрубного пространства, изменения направления жидкости и подвешивания НКТ (насосно-компрессорных труб)
НКТ - это трубы, имеющие в нижней части резьбу, а в верхней части на них накручена муфта. Эти цельнокатаные трубы скручиваются между собой и образуют колонну, в нижней части которой находится всевозможное оборудование (насос, пакер, многопакерная компоновка, перо, перо-олива, стингер и так далее). Бывает всевозможный сортамент НКТ (гладкие, высаженные, различного класса крепости и так далее), который подбирают в зависимости от геолого-технических характеристик скважины, а иной раз и просто из-за наличия имеющегося оборудования и труб. Зачастую бывает комбинированная колонна, например сверху расположены более крепкие трубы с высадкой, а снизу - гладкие. Или в верхней части труба 73 мм диаметром, а ниже - 60 мм. Если трубы разного типа, они соединяются специальными переводниками
Все данные о подвеске прописаны в паспорте скважины
Внутри трубы размещена колонна штанг. Штанги представляют собой стальные стержни, на концах которых находятся высаженные головки, заканчивающиеся резьбой. Они имеют разный диаметр, от 9 до 36 мм. Для соединения одинаковых штанг используют соединительные муфты, а для штанг разного размера – переводные муфты.
Штанги нужны для передачи энергии от привода к насосу.Они испытывают наибольшие нагрузки и большинство аварий так или иначе связаны с повреждением штанг. Еще штанги находятся в постоянном движении, и в местах их контакта со стенками НКТ возникают механические повреждения, иной раз прорезая трубы до дыр Чтобы избежать этого, на штанги одевают специальные центраторы и протекторы, состоящие из износостойкого пластика или резины
Внизу колонны НКТ расположен собственно сам насос. Его устройство очень простое - полый цилиндр и плунжер. Плунжер пустотелый, в нем находится нагнетательный клапан.
Колонна штанг двигает плунжер вверх/вниз. Также в корпусе имеется два клапана. Сверху плунжера находится нагнетательный клапан, внизу – всасывающий шариковый клапан.
При движении плунжера вверх в нижней части насоса образуется разрежение, жидкость поступает в насос через всасывающий клапан. При движении плунжера вниз всасывающий клапан закрывается и жидкость через полый поршень поступает в колонны НКТ.
Насосы бывают двух типов. Вставной насос опускается в собранном виде. Плунжер помещают в корпус, он спускается и он закрепляется в специальном замке (анкере). Если насос невставной, то на НКТ спускают только корпус, а затем спускают на штангах плунжер с клапанами. Такие насосы обладают большим диаметром, и скважина дает большие дебиты. Но чтобы поднять насос - надо полностью произвести подъем трубы.
Вставные же имеют диаметр, не превышающий внутренний диаметр НКТ, обладают меньшей производительностью, но для ремонта насос легко извлечь прямо на штангах.
У ШСНУ есть свои плюсы и минусы
Самый главный плюс - простота конструкции, особо ломаться там просто нечему. Никакой погружной электроники, телеметрии и так далее. Если много газа - то подача снижается, но насос не сгорает. Также он подходит для эксплуатации скважина малого диаметра.
К минусам же относится сложность и частота ремонта. При этом почти всегда ломаются штанги, их обрывает, ломает, кроме того, сам ремонт долгий, так как надо поднимать и трубу, и штанги. А на них налипает парафин, работа очень грязная и неприятная. Да и регулировать ход плунжера сложно. К счастью, я всего несколько раз попадал на ремонт таких насосов.
Кроме того, они обладают низкой подачей и не подходят для эксплуатации скважин глубже 3 тысяч метров и наклонных скважин - штанги просто режут трубу в местах кривизны.
Поэтому их активно заменяют УЭЦН. Но про них напишу в следующий раз, а сейчас вкратце затрону устройство и принцип работы винтового насоса.
ВШНУ также имеет наземную часть, но не в виде станка-качалки, а независимого электродвигателя и трансмиссии, которая вращает приводную головку, к которой присоединена колонна штанг.
Но штанги движутся не не возвратно/поступательно, а по кругу. Сам насос представляет собой винтовую пару. Подвижная часть представляет архимедов винт, а статор - внутреннюю спиралевидную форму. Находясь в постоянном зацеплении, обойма и винт образуют между собой несколько автономных полостей.
При вращении подвижной части пазухи со стороны всасывания увеличиваются в объеме, при этом создается разрежение, вследствие чего происходит заполнение полостей транспортируемой жидкостью. Дальнейшее движение ротора вызывает перемещение ресурса в сторону напорной магистрали. В результате образовавшегося вакуума происходит забор жидкости из скважины с последующей подачей в напорный трубопровод.
Плюсами его является то, что насос ломается гораздо реже плунжерного, и самый экономичный. Но сам насос стоит гораздо дороже, чем ШСНУ