Інші види безштангових насосів, що застосовуються при експлуатації нафтових свердловин

До безштангових відносяться також гвинтові, гідропоршневі, вібраційні, діафрагмові, струменеві насоси.

Гідропоршневі насосні установки (рис. 17.9) складаються із поршневого гідравлічного двигуна і насоса 13, установленого в нижній частині труб 10, силового насоса 4, розташованого на поверхні, ємності 2 для відстоювання рідини і сепаратора 6 для її очищення. Насос 13, що скидається у труби 10, сідає в сідло 14, де ущільнюється у посадочному конусі 15 під впливом

 

а – піднімання насоса; б – робота насоса; 1 – трубопровід; 2 – ємність для робочої рідини;

3 – всмоктувальний трубопровід;

4 – силовий насос; 5 – манометр;

6 – сепаратор; 7 – викидна лінія;

8 – напірний трубопровід;

9 – обладнання гирла свердловини;

10 – 63-мм труби; 11 – 102-мм труби; 12 – обсадна колона;

13 – гідропоршневий насос (що скидається); 14 – сідло гідропоршневого насоса;

15 – посадочний конус; 16 – зворотний клан; І – робоча рідина;

ІІ – видобута рідина; IIІ – суміш відпрацьованої і видобутої рідин

 

Рис. 17.9. Схема компонування обладнання гідропоршневої насосної установки

струменів робочої рідини, що нагнітається у свердловину по центральному ряду труб 10. Золотниковий пристрій направляє рідину у простір над або під поршнем двигуна і тому він робить вертикальні зворотно-поступальні рухи. Нафта із свердловини, що всмоктується через зворотний клапан 16, направляється у кільцевий простір між внутрішнім 10 і зовнішнім 11 рядами труб. У цей простір із двигуна надходить і відпрацьована рідина (нафта), тобто по кільцевому простору на поверхню піднімається одночасно видобута і робоча рідина. При підйому насоса змінюється напрям нагнітання робочої рідини – її подають в кільцевий простір.

Розрізняють гідропоршневі насоси одинарної і подвійної дії, з роздільним і спільним рухом видобуваємої рідини з робочою і т. п. Такі насоси забезпечують підйом рідини з великих глибин (4000 – 4500 м) при к. к. д. до 0,6. Перевага гідропоршневих насосів – можливість автоматизації і дистанційного керування спуско-підіймальними роботами при заміні насоса. Їх недоліки пов'язані з необхідністю облаштування промислу системою постачання свердловин робочою рідиною з ретельним її очищенням, яка потрібна для успішної роботи гідравлічного двигуна.

Гвинтові насоси розвивають напір внаслідок обертання металевого гвинта 1 (рис. 17.10) в еластичній (резиновій) обоймі 2. При цьому по довжині насоса утворюються замкнуті порожнини, заповнені відкачуваною рідиною, які пересувається від входу в насос до його викиду, де рідина виштовхується в нагнітальну лінію. Нарізка гвинта 1 однозахідна плавна з великим відношенням довжини витка до глибини його нарізання (15 – 30), а поверхня еластичної обойми

 

1 – металевий гвинт; 2 – еластична обойма

 

Рис. 17.10. Схема елемента гвинт – обойма гвинтового насоса

 

відповідає поверхні двозахідного гвинта з кроком, рівним подвійному кроку гвинта. Рух гвинта складний: він обертається навколо своєї осі і по колу з радіусом, рівним ексцентриситету е (рис. 17.10). Для урівноваження навантаження передбачені два гвинти, що обертаються в один і той же бік, але мають різні (праву і ліву) напрямки спіралей, які створюють зустрічний рух потоків від двох прийомів насосів до одного викиду. Далі рідина піднімається в НКТ по кільцевому зазору між корпусом насоса і його обоймою. Заповнення НКТ рідиною при спуску насоса і скидання її в свердловину під час підйому здійснюються за допомогою спеціального клапана. Для приводу насоса призначений занурювальний електродвигун (ПЭД) із зменшеною частотою обертання, що живиться по кабелю від трасформатора і обладнаний гідрозахистом. Для контролю його роботи служить станція управління.

Гвинтові насоси здатні відкачувати високов'язкі нафти, менш чутливі до наявності в рідині газу. Електрогвинтовий насос (тихохідний) ЭВНТ5А-100-1000 має подачу 100 м³/добу при напорі 1000 м.

Струминний насос (рис. 17.11) працює під дією напору робочої рідини (води або нафти), що нагнітається у НКТ 1, з'єднані з соплом 2. При проходженні вузького перетину сопла струмінь перед дифузором 4 одержує велику швидкість і тому в каналах 3 знижується тиск. Ці канали з'єднані через порожнину насоса 5 з підпакерним простором 6 і пластом, звідки пластова рідина всмоктується в насос і змішується у камері змішування з робочою. Суміш рідин далі рухається по кільцевому простору насоса і піднімається на поверхню по міжтрубному простору (насос спускають на двох концентричних рядах труб) під тиском нагнітаємої в НКТ робочої рідини. Насос не має рухомих частин, може відкачувати високов'язкі рідини і експлуатуватися в ускладнених умовах (високі температури пластової рідини, вміст значної кількості вільного газу і піску у продукції і т. п.).

 

1 – НКТ; 2 – сопло; 3 – канали; 4 – дифузор;

5 – порожнина насоса;

6 – підпакерний простір

 

Рис. 17.11 Схема струминного насоса

 

Вібраційний насос (рис. 17.12) призначений для підйому рідини із свердловин під дією пружних деформацій рідини і колони труб, що генеруються вібратором 1. Вібратор складається з ексцентрично насаджених на вал вантажів, при обертанні яких верхня частина підіймальних труб 3, підвішених на пружинах 2, приводиться в зворотно-поступальний рух. На кожній

 

1 – вібратор; 2 – пружини; 3 – підйомні труби;

4 – тарільчастий клапан

 

Рис. 17.12. Схема вібраційного насоса

трубі установлений тарільчастий клапан 4, що відкривається вгору. При вібрації колони труб по періодичному закону інерційні сили рідини разом з силою тяжіння приводять у рух клапани. Якщо сили інерції, спрямовані вгору, перевищують сили тяжіння

рідини, то клапани відкриваються і пропускають рідину нагору, якщо результуюча сила спрямована вниз – клапан закривається. Так відбувається підйом продукції по трубі від клапана до клапана. Амплітуда коливань як правило становить від 5 до 20 мм, а частота – від 600 до 1200 за 1 хв.