В предыдущем выпуске мы поговорили о фонтанном и газлифтном способе добычи нефти. Но по статистике только чуть более 13% всех скважин в России эксплуатируются этими способами (хотя эти скважины дают более 30% всей российской нефти). В целом статистика по способам эксплуатации выглядит так:
| Способ эксплуатации |
Число скважин, % |
Средний дебит, т/сут | Добыча, % от общей | |||||
| нефти | жидкости | нефти | жидкости | |||||
| Фонтанный | 8,8 | 31,1 | 51,9 | 19,5 | 9,3 | |||
| Газлифтный | 4,3 | 35,4 | 154,7 | 11,6 | 14,6 | |||
| УЭЦН | 27,4 | 28,5 | 118,4 | 52,8 | 63,0 | |||
| ШСН | 59,4 | 3,9 | 11,0 | 16,1 | 13,1 | |||
| Прочие | 0,1 | - | - | - | - | |||
УЭЦН – установки центробежных электронасосов.
Эксплуатация скважин штанговыми насосами
У обывателя при разговоре о нефтяном деле возникает образ двух станков – буровой вышки и станка-качалки. Изображения этих устройств встречаются всюду в нефтегазовой отрасли: на эмблемах, плакатах, гербах нефтяных городов и так далее. Внешний вид станка-качалки известен всем. Вот как он выглядит.
Станок-качалка и есть один из элементов эксплуатации скважин штанговым насосом. По сути, станок-качалка является приводом штангового насоса, расположенного на дне скважины. Это устройство по принципу действия очень похоже на ручной насос велосипеда, преобразущий возвратно-поступательные движения в поток воздуха. Нефтяной насос возвратно-поступательные движения от станка-качалки преобразует в поток жидкости, которая по насосно-компрессорным трубам (НКТ) поступает на поверхность.
Если по порядку описать происходящие процессы при данном виде эксплуатации, то получится следующее. На электродвигатель станка-качалки подается электричество. Двигатель вращает механизмы станка-качалки так, что балансир станка начинает двигаться как качели и подвеска устьевого штока получает возвратно-поступательные движения. Энергия передается через штанги – длинные стальные стержни, скрученные между собой специальными муфтами. От штанг энергия передается штанговому насосу, который захватывает нефть и подает ее наверх.
При эксплуатации скважины штанговыми насосами к добываемой нефти не предъявляются строгие требования, которые имеют место при других способах эксплуатации. Штанговые насосы могут качать нефть, характеризующуюся наличием механических примесей, высоким газовым фактором и так далее. К тому же, данный способ эксплуатации отличается высоким КПД.
В России изготавливаются станки-качалки 13 типоразмеров по ГОСТ 5688-76. Штанговые насосы производят ОАО «Элкамнефтемаш» г.Пермь и ОАО «Ижнефтемаш» г.Ижевск.
Эксплуатация скважин бесштанговыми насосами.
Для отбора из скважин больших объёмов жидкости применяется лопастный насос с рабочими колесами центробежного типа, обеспечивающий высокий напор при заданных подачах жидкости и габаритах насоса. Наряду с этим, в нефтяных скважинах некоторых районов с вязкой нефтью необходима большая мощность привода относительно подачи. В общем случае эти установки носят название погружные электронасосы. В первом случае - это установки центробежных электронасосов (УЗЦН), во втором - установки погружных винтовых электронасосов (УЗВНТ).
Скважинные центробежные и винтовые насосы приводятся в действие погружными электродвигателями. Электроэнергия подводится к двигателю по специальному кабелю. Установки ЭЦН и ЭВН довольно просты в обслуживании, так как на поверхности имеются станция управления и трансформатор, не требующие постоянного ухода.
При больших подачах УЭЦН имеют достаточный КПД, позволяющий конкурировать этим установкам со штанговыми установками и газлифтом.
При этом способе эксплуатации борьба с отложениями парафина проводится достаточно эффективно с помощью автоматизированных проволочных скребков, а также путем нанесения покрытия на внутреннюю поверхность НКТ.
Межремонтный период работы УЭЦН в скважинах достаточно высок и достигает 600 суток.
Скважинный насос имеет 80-400 ступеней. Жидкость поступает через сетку в нижней части насоса. Погружной электродвигатель маслозаполненный, герметизированный. Во избежание попадания в него пластовой жидкости устанавливается узел гидрозащиты. Электроэнергия с поверхности подается по круглому кабелю, а около насоса - по плоскому. При частоте тока 50 Гц частота вращения вала двигателя синхронная и составляет 3000 мин(-1).
Трансформатор (автотрансформатор) используют для повышения напряжения тока от 380 (напряжение промысловой сети) до 400- 2000 В.
Станция управления имеет приборы, показывающие силу тока и напряжение, что позволяет отключать установку вручную или автоматически.
Колонна НКТ оборудуется обратным и сливным клапанами. Обратный клапан удерживает жидкость в НКТ при остановках насоса, что облегчает запуск установки, а сливной освобождает НКТ от жидкости перед подъемом агрегата при установленном обратном клапане.
Для повышения эффективности работы для извлечения вязких жидкостей используется скважинные винтовые насосы с погружным электродвигателем. Установка скважинного винтового насоса, подобно установке ЭЦН, имеет погружной электродвигатель с компенсатором и гидрозащитой, винтовой насос, кабель, обратный и сливной клапаны (встроенные в НКТ), оборудование устья, трансформатор и станцию управления. За исключением насоса, другие части установки идентичны.
Насосы нефтегазовой отрасли предназначены для перекачки и транспортировки нефти и нефтепродуктов, к которым относятся мазут, углеводороды, бензин, керосин и другие жидкости. Насосы должны обеспечить безопасность и эффективность процесса перекачивания нефтепродуктов, это самое распространенное оборудование для данной отрасли.
Основным отличием нефтегазовых насосов можно назвать то, что они способны работать абсолютно в любых условиях эксплуатации. Кроме того, агрегаты способы перекачивать жидкости с высоким уровнем вязкости.
Так как насосные станции работают в отрытом пространстве, они должны быть устойчивы к атмосферным воздействиям и суровым погодным условиям. Кроме того, оборудование должно быть достаточно мощным, так как при перекачке нефти оно доставляет жидкость с больших глубин.
Разновидности нефтегазовых насосов
Насосное оборудование можно разделить на виды в зависимости от типа привода:
- Механические насосы.
- Гидравлические.
- Электрические.
- Термические.
- Пневматические.
В настоящее время на предприятиях чаще всего устанавливают электрические насосы, так как оборудование с таким приводом наиболее удобно при наличии электрической сети для питания. Привод позволяет работать с любыми нефтепродуктами и на любой глубине скважины.
Пневматические приводы устанавливают на центробежные насосы, они уместны в том случае, когда можно использовать энергию природного газа, так как это позволит увеличить рентабельность насосной установки.
Такие насосы могут перекачивать следующие виды жидкостей:
- Нефть в сыром виде.
- Нефтепродукты – керосин, бензин, мазут и т д.
- Нефтегазовые эмульсии.
- Сжиженный газ.
- Осадки.
- Пластовые воды.
- Жидкие среды с малой агрессивностью.
Конструктивные особенности нефтяных насосов
Среди общих особенностей конструкции такого оборудования можно выделить следующие:
- Торцевое утопление.
- Гидравлическая часть насосного агрегата.
- Заземление электродвигателя и его защита от взрыва.
- Специфические материалы, обеспечивающие возможность установки нефтяного насоса на открытой местности, а не в помещениях.
Винтовые и центробежные насосы
Нефтяные насосные установки также можно разделить на два вида – винтовые и центробежные.
Винтовые установки работают в любых, даже самых суровых условиях, в отличие от центробежных, поэтому установка их на открытой местности предпочтительнее. Кроме того, важным преимуществом винтовой насосной установки является то, что она способна перекачивать жидкость с высокой вязкостью, так как винты в процессе перекачки не задействованы.
Винтовая насосная установка может иметь одно- и двухвинтовую систему, оба варианта отличаются высокой производительностью и имеют отличную всасывающую способность. Они могут создавать большой уровень напора и давления.
Двухвинтовые насосы являются оптимальным вариантом при работе с битумом, гудроном и мазутом, так как они могут легко перекачивать очень густые жидкости даже при серьезных изменениях температуры. Такие насосы нефтегазовой отрасли способны осуществлять перекачку нефти температурой до +450 градусов, а температура окружающей среды при этом может составлять –60 градусов. Оборудование работает даже с очень загазованными жидкостями, загазованность может достигнуть 90%.
Перекачка нефти из скважин является не единственным назначением винтового насоса, они также используются для разгрузки цистерн, баков с кислотой, спектр применения их шире, чем центробежных насосов.
Классификация центробежных насосов делит их на 3 группы – консольные, двухопорные и вертикальные. Консольные оснащаются упругой муфтой, монтируются на лапах или по оси. Могут монтироваться как вертикально, так и горизонтально. Аппараты используются для перекачки нефтепродуктов и жидкостей до 200 градусов.
Двухопортные насосные установки могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступенчатыми, максимальная температура перекачиваемой жидкости – 200 градусов.
Среди центробежных лучшими считаются вертикальные подвесные насосы, которые изготовляются в однокорпусной или двухкорпусной модификациях. Они также имеют слив и оснащаются направляющим аппаратом.
Насосы нефтегазовой отрасли на выставке
Ознакомиться с новыми эффективными моделями нефтяных насосов можно будет на международной ежегодной выставке «Нефтегаз». Мероприятие состоится в апреле следующего года в Москве в ЦВК «Экспоцентр».
Это крупная выставка, на которой ведущие специалисты разных стран мира продемонстрируют разработки в сфере нефти и газа.
Читайте другие наши статьи.
Нефтяная промышленность – основная отрасль экономики Российской Федерации. Каждый день добываются миллионы тонн нефти с использованием специального оборудования – нефтяного насоса. Сегодня мы решили раскрыть именно эту тему. Информация предоставлена одним из крупнейших производителей насосов для нефтяной промышленности на территории Российской Федерации.
Общая информация
Данное устройство предназначено для перекачки не только самой нефти, но и нефтепродуктов: мазута, пластовой воды с примесями, жидкостей с высоким показателем вязкости и так далее.
Требования к нефтяным насосам
Нефтепродукты отличаются особыми характеристиками: высокой вязкостью, быстрой воспламеняемостью, агрессивностью, большим количеством примесей и взвешенных частиц.
Поэтому к насосам для нефтяной промышленности выдвигается ряд требований:
- Двигатель агрегата должен быть защищен дополнительным слоем металла.
- Насос должен быть изготовлен из материала, устойчивого к высоким температурам (не должен разрушаться или плавиться).
- Конструкцией насоса должна быть предусмотрена защита от засорения взвешенными частицами и примесями.
- Во время эксплуатации должна быть исключена сильная вибрация.
Виды насосов, используемых в нефтяной промышленности
Нефтяные насосы делятся на группы в зависимости от максимальной температуры перемещаемой среды:
- Для перемещения жидкостей с температурой до 80°С.
- Для перекачки нефтепродуктов до 200°С.
- Для транспортировки веществ с температурой до 400°С.
Насосы, предназначенные для перекачки нефтепродуктов до 200°С комплектуются одинарными уплотнителями, выше – двойными.
Кроме того, все насосы для нефтяной промышленности делятся на две большие группы: винтовые и центробежные.
Винтовые агрегаты имеют более широкую сферу применения, так как во время эксплуатации контакт перемещаемой среды с винтом исключен. Такие насосы используются для транспортировки сильно загрязненных (например, сырая нефть) или плотных веществ.
Выделяют одновинтовые и двухвинтовые насосы. Оба варианта отличаются высоким рабочим давлением, однако второй вид является более универсальным, так как способен перемещать вещества с температурой до 450 °С.
Существует 3 типа центробежных насосов, используемых для перекачки нефтепродуктов:
- Консольные агрегаты.
- Двухопорные установки.
- Вертикальные полупогружные установки.
Ведущие роизводители нефтяных насосов
Добыча нефти – сложное производство, требующее использования современного качественного оборудования. В настоящее время в России существует большое количество компаний, выпускающее специализированное оборудование для добычи нефти и газа, среди которых можно выделить пять наиболее заметных и крупных на рынке – компании, зарекомендовавших себя с лучшей стороны:
- ГК “Корвет”. На протяжении многих лет ГК “Корвет” поставляет нефтяные насосы высокого качества на предприятия России, а также стран Ближнего и Дальнего зарубежья.
- Воронежский механический завод. Продукция завода сертифицирована Американским Нефтяным Институтом, что ставит выпускаемое оборудование на один уровень с мировыми лидерами.
- ФПК “Космос-Нефть-Газ”. Отличительная особенность компании – производства всей линейки оборудования, необходимой для добычи и переработки нефти.
- Производственная корпорация “ИЗМЕРОН”. Компания постоянно внедряет новые технологии в производство, что позволяет добиться максимальной эффективности при минимальном вложении денежных средств.
- ОАО “ГМС Насосы”. Компания выпускает все виды насосов, в том числе, мультифазные для транспортировки нефтепродуктов с большим содержанием газов.
Cтраница 1
Нефтяные насосы (табл. 26.6) предназначены для перекачивания нефти, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов и других жидкостей, сходных с указанными по физическим свойствам (плотность, вязкость и др.) и коррозионному воздействию на материал деталей насосов.
Нефтяные насосы имеют торцовые уплотнения. Все детали торцовых уплотнений изготовлены из нержавеющих материалов, причем пара трущихся поверхностей скольжения выполнена из высоколегированной хромистой стали и графита. Несмотря на высокую окружную скорость на поверхности скольжения (и 25 м / с), уплотнения соответствуют эксплуатационным условиям. Валы, изготовленные из высококачественной стали, защищены втулками из хромистой стали. Лабиринтные дроссельные втулки, расположенные между ро-лостью насоса и концевым уплотнением, изготовлены из нержавеющего материала. Корпус насоса имеет осевой разъем. Это дает возможность при снятой крышке легко проникнуть внутрь насоса. Корпуса подшипников также выполнены разъемными, что позволяет извлечь ротор насоса без демонтажа подводящего и напорного трубопроводов.
Нефтяные насосы, nor дающие топливо к форсункам в двигателях НД-22 и НД-40-2, конструктивно отличаются один от другого.
Основные нефтяные насосы и электродвигатели к ним на БКНС устанавливают под общим укрытием. Их устанавливают отдельно от насосов, за газонепроницаемой стеной, аналогично тому, как это делают в насосных традиционного исполнения. Приточные вентиляторы, служащие для создания избыточного давления в помещении электродвигателей и подачи свежего воздуха в помещение насосов, располагают в отдельном блок-боксе подпорных и приточных вентиляторов. Вытяжные вентиляторы, удаляющие загрязненный воздух из помещения насосной, располагаются снаружи у торца помещения насосов и электродвигателей с общим укрытием. Обогрев помещений насосов и электродвигателей осуществляется электрокалориферами мощностью по 160 кВт, установленными в блок-боксе подпорных вентиляторов. Подача нагретого воздуха от калориферов осуществляется вентиляторами подпора и подачи свежего воздуха.
Нефтяные насосы типоразмеров QG 300 / 2 / 100 и NG 300 / 450 / 100 имеют одинаковые подшипники и корпуса подшипников. Для эксплуатации под открытым небом корпуса подшипников выполняют в закрытом исполнении. Таким образом, насос полностью изолирован от окружающей среды. Преимуществом является и то, что оба типоразмера можно комплектовать одинаковыми электродвигателями. Описанные конструкции насосов легко можно обеспечить запасными частями. Эти насосы отлично выдержали испытание на нефтепроводе Дружба. Из 4500 км трассы нефтепровода приблизительно 3000 км оснащены насосами производства ГДР. Насосы хорошо себя показали и в неблагоприятных условиях эксплуатации.
Для нефтяных насосов обязательна их эксплуатация только с электродвигателями во взрывозащищенном исполнении. Допускается применение электродвигателей в обычном исполнении с установкой их в отдельном помещении через разделительную стенку.
Основные перекачивающие нефтяные насосы имеют электродвигатели типа АТД-1600 мощностью 1600 кет, продуваемые, с замкнутым циклом вентиляции, снабженные двумя воздухоохладителями, установленными в верхней части корпуса статора. Охлаждающей средой для воздуха служит вода, циркулирующая по трубам. Вода и воздух движутся противотоком. Необходимая циркуляция воздуха в корпусе электродвигателя создается специальным вентилятором.
При конструировании нефтяных насосов особое внимание должно уделяться методам снижения щелевых утечек, так как большинство нефтяных насосов относится к насосам низкой удельной быстроходности, для которых лотери на утечки являются чувствительным фактором.
Детали уплотнений нефтяных насосов должны выполняться из материалов, не дающих ценообразования.
Приведенный ряд нефтяных насосов применяется для перекачки жидкостей в интервале температур от - 80 до 400 С.
Отличительной особенностью нефтяных насосов является применение механических торцовых концевых уплотнений, В насосах обычно предусмотрена возможность замены торцовых уплотнений сальниковыми. В горячих насосах имеются камеры для интенсивного охлаждения уплотнений. Для повышения всасывающей способности рабочее колесо первой ступени выполняют с двусторонним входом.
Освоение производства отечественных нефтяных насосов с самого начала велось на базе параметрических рядов, которые устанавливают то минимальное число типоразмеров насосов одинакового назначения, которое необходимо для покрытия заданного диапазона значений подач и напоров. Производство нефтяных насосов по своему характеру является мелкосерийным, при этом наибольший годовой выпуск насосов одной марки не превышает 150 - 200 шт. Большинство насосов выпускалось в течение 5 - 10 лет без существенной модернизации и нуждалось в моральном обновлении. Кроме того, 15 - 20-летний опыт изготовления и эксплуатации обширного парка насосов на нефтеперерабатывающих заводах показал, что насосы имеют излишнее многообразие конструкций при низком уровне унификации узлов и деталей в пределах всего ряда насосов.
Глава 4. НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ НЕФТЯНЫХ ПРОМЫСЛОВ
Классификация насосных станций нефтяных промыслов
Промысловые насосные станции классифицируются по назначению. Различают три вида станций:
Насосные станции для транспорта продукции скважин по территории месторождений от скважин до центральных пунктов сбора нефти;
Насосные станции (насосные установки), обеспечивающие функционирование центральных пунктов сбора нефти, где осуществляется подготовка нефти к транспорту на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ);
Насосные станции для закачки воды в нефтеносные пласты через нагнетательные скважины и добычи таким способом нефти.
Приведенная классификация насосных станций нефтяных промыслов является самой общей. На отдельных месторождениях она может иметь несколько иной вид. В частности, на ряде промыслов отсутствуют станции для закачки воды в нагнетательные скважины. Их роль выполняют высоконапорные погружные насосы водозаборных скважин, которые ведут прямую перекачку воды из водозаборных скважин в нагнетательные. Такой вариант обычно применяется на тех месторождениях, где для заводнения нефтяных пластов используют подземные воды.
Встречаются и другие отличия от приведенной выше общей классификации.
В зависимости от условий работы станций на них используются насосы различных типов. Тип насосов определяется в основном свойствами перекачиваемой жидкости.
Промысловые жидкости, транспортируемые насосными станциями, не являются в полном смысле нефтями. Это смесь различных жидкостей, газов и твердых включений.
Жидкая часть продукции скважин представлена жидкими углеводородами (собственно нефть) и водой, содержание которой в общем объеме продукции может составлять от нуля до 90-95%. Состав попутного нефтяного газа, добываемого совместно с нефтью, варьируется в широких пределах не только для различных месторождений, но и для одного и того же месторождения в различные годы его эксплуатации. Плотность газовых смесей при этом обычно находится в интервале 0,7-3,5 кг/м 3 .
Достаточно разнообразны и твердые включения. Количественная и качественная характеристика их имеет широкий спектр. Данные включения содержат в различных соотношениях частицы горных пород, выносимых потоком из скважин, окалину трубопроводов и технологического оборудования, а также твердые углеводороды в виде парафинов, церезинов, асфальтенов, смолистых веществ и так далее.
Естественное различие нефтей по вязкости и плотности дополняет общую картину физико-химических свойств промысловых жидкостей.
Столь большое разнообразие продукции скважин приводит к необходимости применения на промысловых НС насосов различных типов, так как каждый тип насосов предназначен для перекачки определенных видов жидкостей и имеет свою область рационального применения.
На промысловых насосных станциях в основном используют центробежные насосы и две разновидности объемных насосов - поршневые и роторные.
Центробежные насосы находят применение при перекачке больших объемов нефти и в тех случаях, когда не требуются большие напоры. Их применяет в основном на крупных месторождениях с маловязкой жидкостью.
Перекачка вязких нефтей производится объемными насосами. При этом роторные насосы, как правило, используются для перекачки нефтей повышенной вязкости и в тех случаях, когда производительность НС должна быть достаточно высока.
Из центробежных насосов на промыслах наибольшее распространение получили насосы типов АЯП, КСМ, МС, НК, НД, НМ, ЦНС. В Западной Сибири в последнее время предпочтение отдается преимущественно насосам ЦНС.
Поршневые насосы в основном применяются там, где нефть содержит значительный процент парафина (15%) и для нормальной перекачки таких нефтей требуется не только ее подогрев, но и сравнительно высокие давления, которые не могут развить центробежные насосы.
Для перекачки нефти и водонефтяных эмульсий (с содержанием свободного газа до 15%) широкое применение получили центробежные насосы.
Маркировка насосов расшифровывается следующим образом:
Н - нефтяной; К - консольный с подшипниковым кронштейном; С - секционный; М - моноблочный; МС - многосекционный; Д - двухстороннего входа (рабочее колесо двухстороннего входа); ЦНС - центробежный нефтяной секционный.
В маркировке насосов помимо буквенных обозначений приводятся группы цифр, с помощью которых сообщаются более детальные технические характеристики машин. Цифровые обозначения вносятся в маркировку двумя различными способами.
При одном из них общая маркировка насоса выглядит следующим образом:
Здесь первая цифра (8) соответствует диаметру входного патрубка насоса (в миллиметрах), уменьшенному в 25 раз и округленному. Вторая группа цифр (10) представляет коэффициент быстроходности насоса, уменьшенный в десять раз и округленный. Последняя группа цифр (5) отражает число ступеней насоса.
Аналогично насосам НД маркируется и другие типы насосов, например насосы НК и МС.
При втором способе маркировки вводимые в нее цифровые обозначения соответствуют основным технологическим характеристикам насосов, например
НМ -200-120-120 .
Первая группа цифр (200) здесь указывает на подачу насоса, выраженную в кубических метрах в час, вторая (120) - также на подачу и в тех же единицах, но только при сменном роторе на пониженную подачу. Последняя группа цифр (120) дает информацию о напоре, развиваемом насосом в метрах столба перекачиваемой жидкости.
Рассмотренные центробежные насосы используются для перекачки промысловой нефти с содержанием твердых взвешенных частиц в количестве не более 0,2% и размером не более 0,2 мм.
В отличие от центробежных объемные насосы находят на нефтяных месторождениях значительно меньшее применение, и это в основном поршневые насосы. Наиболее распространены поршневые насосы типов У8-3, 9МГр, НТ-150, 11ГР. Все эти насосы грязевые. Они не рассчитаны на перекачку нефти и, соответственно, не в полной мере отвечает условиям работы промысловых НС. В частности, мощность данных насосов заметно превосходит потребную на промысловых станциях, габариты и вес их чрезмерно высоки. Некоторые конструктивные элементы насосов, например уплотнения, не выдерживает длительного контакта с нефтяной средой и быстро выходят из строя.
Перечисленные обстоятельства заставляют, по возможности, избегать применения данных насосов для внутрипромысловой перекачки продукции скважин и заменять их либо на центробежные, либо на роторные насосы.
Среди роторных насосов наиболее распространены винтовые: МВН-1,5; МВН-6; МВН-10; ВН-50; ЭНН-120-5; ЭНВ-32/25; 2ВВ-500/10. Реже применяются шестеренчатые или роторно-зубчатые насосы типа РЭ. Ограниченное использование последнего типа насосов объясняется необходимостью более тщательной очистки для них перекачиваемой жидкости от механических примесей по сравнению с винтовыми. А это в условиях промыслов не всегда возможно и рационально.
