Насосы, применяемые в системе сбора продукции скважин

7. НАСОСЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СИСТЕМЕ

СБОРА ПРОДУКЦИИ СКВАЖИН

7.1. Конструктивные и эксплуатационные характеристики насосов, применяемых в системе сбора

Высоконапорная герметизированная система сбора продукции нефтяных скважин предусматривает максимальное использование давления на устье скважин для транспортирования нефти, газа и воды по промысловым трубопроводам, но полностью отказаться от наземного насосного оборудования не удается. Ввод дополнительной энергии в продукцию скважин насосами осуществляется на ДНС и в пунктах предварительного разделения компонентов продукции скважин после последней (концевой) сепарационной ступени.

В этих точках, как известно, отделение газа от нефти носит предварительный характер и в нефти остается много свободного и растворенного газа. Поэтому необходимо создать такие насосы, которые способны перекачивать среду с большим (до 15÷20 %  по объему) содержанием свободного газа и обладают высокой надежностью и эффективностью. Повышение надежности и эффективности внутри промыслового насосного оборудования - необходимое условие для рационального использования всей системы сбора и подготовки нефти, газа и воды.

Кроме того, разработка большого количества мелких удаленных месторождений и нерентабельность транспорта попутного газа традиционными методами привели к сжиганию газа на факелах (около 10 млрд. м³/год). Следовательно, есть необходимость в оборудовании, способном перекачивать газожидкостную смесь по одному трубопроводу. Помимо потерь сжигаемого газа большой проблемой являются выбросы в атмосферу нефтяных газов, особенно содержащих сероводород, и продуктов их сгорания, что существенно ухудшают экологическую обстановку в регионах.

В системе внутри промыслового сбора и транспортировки нефти широкое применение нашли центробежные насосы типов:

·  НК - консольные горизонтальные;

·  ЦНС – секционные горизонтальные однокорпусные.

Широкое применение центробежных насосов в системе сбора для перекачки газонефтяной смеси объясняется:1) возможностью достижения большой подачи; 2) возможностью непосредственного подсоединения вала насоса к валу быстроходного электродвигателя без редуктора.

Большая  подача и высокие обороты лопастных машин необходимы не только для перекачки газа, но и газонефтяной смеси. Обычно содержание свободного газа в нефти значительно снижает КПД центробежных насосов. Например, экспериментально установлено, что содержание свободного крупнодисперсного газа в нефти до 4÷6 % приводит к снижению подачи центробежных насосов на 50÷70 % . Попадание крупнодисперсных газожидкостных смесей на вход насоса свыше 6 % приводит к срыву подачи. На мелкодисперсных газожидкостных смесях со средним диаметром газовых включений меньше 100 мкм  отсутствует область срыва подачи на режиме недогрузки, характерная при работе насоса на крупнодисперсных смесях.

При исследовании влияния газа на работу центробежных насосов за целевую функцию принята величина срывного газосодержания. Определение степени влияния параметров насоса и его режима работы на величину срывного газосодержания при перекачке газожидкостных смесей определены С.Г.Бажайкиным с использованием в качестве перекачиваемой среды смеси «вода – воздух – поверхностно активное вещество» Эти параметры следующие:

·  подача насоса при всех возможных режимах его работы;

·  давление на входе в насос;

·  дисперсное состояние газожидкостной смеси на входе в насос;

·  число оборотов ротора;

·  наружный диаметр рабочего колеса;

·  ширина каналов рабочего колеса на выходе;

·  коэффициент быстроходности.

С увеличением подачи насоса при одном и том же газосодержании наступает срыв подачи. График зависимости напорных характеристик от газосодержания условно можно разбить на две части. Первая – это рабочая часть характеристики, проходящая эквидистантно характеристике насоса на капельной жидкости. Этой части кривой соответствует устойчивая работа насоса на газожидкостных смесях. Вторая – это срывная часть характеристики, определяющая максимальную величину подачи при заданном газосодержании. Она представляет собой круто падающую кривую, приближающуюся к вертикальной. При перекачке мелкодисперсных газожидкостных смесей величина срывного газосодержания уменьшается с увеличением подачи, что не наблюдается при работе насоса на крупнодисперсных смесях.

К существенному увеличению объемного срывного газосодержания приводит возрастание давления на входе в насос. При увеличении давления от 0,01 до0,2 МПа на режиме подач, близком к оптимаьному, величина срывного газосодержания возрастает с 13% до 43%.

Центробежные насосы ЦНС с диспергирующим устройством эффективно перекачивают газожидкостную смесь с содержанием до 50% свободного газа

Изменение числа оборотов от 750 до 1500 в минуту приводит к возрастанию срывного газосодержания в 1,7 раза, а при увеличении с1500 до 3000 – в 1,2 раза. С увеличением числа оборотов темп возрастания срывного газосодержания падает.