Класифікація гідропоршневих насосних установок

Гідропоршневі насосні установки розрізняються:

– за типом принципової схеми циркуляції робочої рідини (відкрита чи закрита);

– за принципом дії свердловинного насоса (одинарної, подвійної дії чи диференціальний);

– за принципом роботи гідродвигуна (диференціальної чи подвійної дії);

– за способом спуску заглибного агрегату (спускаються на колоні НКТ – фіксовані чи вільні – скидаються в свердловину);

– за кількістю гідропоршневих насосних агрегатів, що обслуговуються однією наземною установкою (індивідуальні чи групові).

Тип принципової схеми циркуляції робочої рідини визначає спосіб повернення робочої рідини на поверхню. В установках із закритою схемою рідина після здійснення нею корисної роботи з гідродвигуна окремим каналом піднімається на поверхню. Продукція шару, що виходить зі свердловинного насоса, піднімається своїм окремим каналом.

В установках із відкритою схемою рідина, вийшовши з гідродвигуна, змішується з рідиною, що виходить зі свердловинного насоса, і піднімається на поверхню по загальних каналах. Недоліком першої схеми є велика металоємність, оскільки від устя до заглибного агрегату необхідно спустити три герметичних трубопроводи: для подачі робочої рідини до агрегату, для її відведення і для підйому пластової рідини. Перевагою цієї схеми є незначні втрати робочої рідини, зумовлені тільки лише витоками із системи привода. Варто помітити, що продуктивність системи підготовки робочої рідини всієї установки значною мірою залежить від якості підготовки робочої рідини.

Установки з відкритою схемою мають меншу металоємність, оскільки припускають канали тільки для двох потоків рідини – згори-вниз – робочої, а знизу-нагору – суміші робочої і пластової рідини. Відповідно простіше й устаткування устя. Недоліком цієї системи є необхідність обробки великої кількості робочої рідини для наступної її подачі до напірної системи, що вимагає застосування складних і високопродуктивних систем для її підготовки.

Принципові схеми установок обох типів наведені на рисунку 1.11.1. У кожній із них двигун 1 пускає в хід силовий насос 2, який колоною труб 3 подає робочу рідину до двигуна 4. Свердловинний насос 5, що приводиться в дію двигуном 4, забирає пластову рідину зі свердловини і колоною труб 6 спрямовує її нагору. В установці з відкритою схемою робоча рідина з мотора піднімається на поверхню по колоні труб 6, а в установці із закритою схемою – окремою колоною 7.

Рисунок 1.11.1 – Принципові схеми гідропоршневих насосних установок

В установці з відкритою схемою суміш пластової і робочої рідини з колони 6 спрямовується в пристрій підготовки робочої рідини 8, із якого очищена нафта трубопроводом 9 надходить на прийом силового насоса 2; а інша частина потоку разом з окремими домішками направляється в збірний промисловий колектор.

В установці із закритою схемою робоча рідина повертається в буферну ємність пристрою підготовки 8, відкіля трубопроводом 9 направляється на прийом силового насоса 2. Пластова рідина з колони 7 приділяється в збірний промисловий колектор, а невелика частина рідини (1-2%) по трубопроводу 10 направляється в пристрій підготовки 8 для компенсації втрат робочої рідини.

При використанні відкритої гідравлічної схеми застосовують наступні варіанти конструкцій підземного устаткування (рисунок 1.11.2).

Фіксована ГПНУ з двома концентрично розташованими колонами труб (рисунок 1.11.2, а). В цьому випадку ГПНУ 4 спускається на центральній колоні труб 1, а його нижня частина з ущільненням установлюється на опорному конусі 5, що укріплений на колоні НКТ 2 великі діаметри. Робоча рідина підводиться до гідродвигуна по центральній колоні НКТ 1, а пластова рідина в суміші з робочої приділяється по концентричному каналі, утвореному колонами НКТ 1 і 2.

Фіксована ГПНУ (рисунок 1.11.2, б) з однією колоною НКТ. ГПНУ опускається на колоні НКТ 1 і встановлюється нижньою частиною на пакері 6, розташованому в експлуатаційній колоні 3.

Як і в попередній схемі, робоча рідина підводиться до центральної НКТ 1, а піднімається кільцевим каналом між НКТ 1 і експлуатаційною колоною 3.

Вільна ГПНУ з двома колонами НМ (рисунок 1.11.2, в). Агрегат 8 спускається в свердловину по НКТ великого діаметра 1, по якій до нього підводиться робоча рідина й у нижній частині якої встановлені сідло із замком і зворотний клапан 10. Рівнобіжна колона труб 2 служить для підйому суміші пластової та робочої рідини.

Рисунок 1.11.2 – Устаткування свердловин ГПНУ з відкритою схемою циркуляції робочої рідини

Вільна ГПНУ з однією колоною НКТ (рисунок 1.11.2, г). Агрегат 8 розташовується в колонні НКТ 1, у нижній частині 9 якої встановлені сідло із замком і зворотний клапан 10. Хвостовик колони фіксується в отворі пакера 7, установленого в експлуатаційній колоні 3. Потоки рідин аналогічні потокам схеми (рисунок 1.11.2, б). При підйомі вільного агрегату в схемах в і г потік рідини в каналі, що призначений для підйому пластової рідини, змінюється на протилежний, зворотний клапан 10 закривається, й агрегат 8 переміщається нагору.

Зіставлення наведених схем показує, що з погляду металоємності найкращими показниками володіють схеми із застосуванням однієї колони НКТ і пакера. Ці ж схеми дозволяють забезпечити максимальний відбір рідини зі свердловини, оскільки гідравлічний опір каналів для підведення й відводу рідини мінімальний, а в схемі (див. рисунок 1.11.2, б) до того ж радіальні габаритні розміри обмежені тільки лише внутрішнім діаметром експлуатаційної свердловини.

Недоліком схем б і г є необхідність установлення пакера, а також ускладнення конструкції агрегату для пропуску через себе вільного газу.

При використанні закритої гідравлічної схеми застосовують наступні варіанти конструкцій внутрішньосвердловинного устаткування (рисунок 1.11.3).

Фіксована ГПНУ з трьома рядами насосних труб (рисунок 1.11.3, а). Робоча рідина підводиться по концентрично розташованих колонах труб 1 і 2, а пластова рідина піднімається по розташованій паралельно до них колоні 3. Агрегат 6 спускається на внутрішній колоні 1 й оснащений ущільненням 5, розташованим у верхній частині агрегату, для запобігання змішування потоків робочої та пластовий рідини. Фіксація агрегату забезпечується сідлом із замком, установленими разом зі зворотним клапаном 9 у нижній частині колони.

Рисунок 1.11.3 – Устаткування свердловин ГПНУ із закритою схемою циркуляції робочої рідини

Фіксована ГПНУ з двома концентричними колонами (рисунок 1.11.3, б). Робоча рідина, як і в попередній схемі, підводиться і відводиться по концентрично розташованих трубах 1 і 2, а пластова рідина піднімається по кільцевому каналі між колоною 2 та експлуатаційною колоною 4. Обов'язковим є застосування пакера 8, установлюваного в експлуатаційній колоні 4, з яким взаємодіє хвостовик колони 2.

Вільна ГПНУ з трьома рівнобіжними колонами труб (рисунок 1.11.3, в). Підведення робочої рідини до агрегату 10, а також його спуск і підйом здійснюються по центральній трубі 1 великого діаметра. В нижній частині її встановлений замок 7, що фіксує агрегат після встановлення його в робочому положенні, і зворотний клапан 9 для подачі робочої рідини під агрегат при його підйомі. Робоча й пластова рідини піднімаються окремими колонами 2 та 3, розташованими паралельно колоні 1.

Вільна ГПНУ з двома рівнобіжними колонами труб (рисунок 1.11.3, г). Підведення робочої рідини, підйом та спуск агрегату здійснюються, як і в попередній схемі, по колоні 1 великого діаметра. Башмак колони 1 взаємодіє з пакером 8, установленим в експлуатаційній колоні 4. Робоча рідина піднімається рівнобіжною колоною 2, а пластова – кільцевим простором у середині обсадної колони 4.

Аналіз розглянутих конструкцій показує, що використання ГПНУ в поєднанні із закритою схемою ускладнює внутрішньосвердловинне устаткування, тому що вимагає додаткового каналу для повернення робочої рідини. Найменш металоємними й найбільш продуктивними є схеми з використанням порожнини експлуатаційної колони, що, як і в розглянутих конструкціях відкритих схем, вимагає встановлення пакера. Разом із тим недоліки описаних схем компенсуються зручністю встановлення і видалення ГПНУ, що і пояснює їхнє широке застосування.