Контрольная работа по «Нефтегазопромысловое оборудование»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «САХАЛИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет природных ресурсов и нефтегазового дела

Кафедра нефтегазового дела

 

 

 

Контрольная работа

 

по дисциплине «Нефтегазопромысловое оборудование»

Вариант № 1

I. Принцип работы и классификация поршневых насосов

II. Виды динамических насосов, их классификация и принцип действия

III. Виды и классификация компрессоров

IV. Оборудование ствола скважины, законченной бурением

V. Оборудование водозабора

VI. Кустовые насосные станции

 

Выполнила:.                                                  .

дата:  

подпись:

 

Проверил:

дата:

подпись:

 

 

 

 

I. Принцип работы и классификация поршневых насосов

Принципы работы

Поршневые насосы служат для преобразования механической энергии двигателя в механическую энергию перекачиваемой жидкости. Они сообщают жидкости, проходящей через них, энергию, необходимую для преодоления сил сопротивлений, возникающих в самом насосе, по длине трубопровода, в местах изменения сечения потока и направления движения жидкости, а также для преодоления силы инерции и статической высоты, на которую требуется поднять жидкость.

 

На рис. I.1 представлена схема горизонтального поршневого насоса одинарного действия. Он состоит из цилиндра 6, поршня 2, плотно пригнанного к стенкам цилиндра и движущегося возвратно-поступательно, и двух регулирующих клапанов — всасывающего 3 и нагнетательного 5. Снизу к корпусу присоединен всасывающий трубопровод 4 с приемной сеткой 1, предохраняющей насос от попадания в него посторонних предметов.

При повороте кривошипа 8 по стрелке со от 0° до 180° поршень 2 перемещается в сторону увеличения объема цилиндра и образует разреженное пространство. Всасывающий клапан 3 открывается и жидкость по всасывающей трубе 4, под действием атмосферного давления, устремляется из бассейна в цилиндр насоса. При обратном ходе поршня из правого крайнего положения влево, что соответствует повороту кривошипа от 180° до 360°, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 5 открывается и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод 7.

Действие поршневого насоса за один оборот коренного вала можно расчленить на его составляющие: процесс всасывания, при котором происходит подъем жидкости из нижнего резервуара в цилиндр насоса, и процесс нагнетания, при котором жидкость вытесняется из цилиндра с энергией, достаточной для преодоления всех видов сопротивлений на напорной стороне насоса.

В насосах двойного действия обе стороны поршня являются рабочими. Цилиндры таких насосов имеют четыре клапана (см. рис. I.2). При ходе поршня влево всасывающий 1 и нагнетательный 2 клапаны открыты. Через клапан 1 происходит всасывание, а через клапан 2 — вытеснение жидкости в нагнетательный трубопровод. В это время клапаны 3 и 4 закрыты. При обратном ходе поршня через клапан 3 жидкость поступает в цилиндр, а через клапан 4 производится подача жидкости в нагнетательный трубопровод. В рассматриваемых насосах всасывание и нагнетание жидкости происходит при каждом ходе поршня.

Рис. 1.2. Схема гидравлической части одноцилиндрового насоса двойного действия

Трехцилиндровый насос одинарного действия составляет агрегат из трех соединенных вместе насосов одинарного действия. Поршни трехцилиндровых насосов одинарного действия получают движение от кривошипов, установленных под углом 120°. Данные насосы имеют общую всасывающую и нагнетательную линии.

Двухцилиндровые насосы двойного действия составляются из двух одноцилиндровых насосов двойного действия, включенных в общую всасывающую и нагнетательную линии.

В диафрагменном насосе, схема гидравлической части которого представлена на рис. I.2, б, всасывание и нагнетание осуществляется изменением формы диафрагмы. Он представляет собой обычный насос одинарного действия, в котором перекачиваемая абразивная жидкость 1 отделена гибкой диафрагмой 2 (прорезиненная нейлоновая ткань) от рабочей жидкости 3.[1]

Рис. 1.3. Схема гидравлической части диафрагменного насоса одинарного действия

Классификация насосов

Поршневые насосы можно классифицировать следующим образом:

1. По способу  приведения в действие:

а) приводные, в которых поршень приводится в движение шатунно-кривошипным механизмом от отдельно расположенного двигателя, присоединенного к насосу при помощи той или иной передачи;

б) прямого действия, в которых поршень насоса получает возвратно-поступательное движение при помощи штока непосредственно от поршня бескривошипной паровой машины, составляющей вмести с насосом один общий агрегат;

в) ручные.

2. По роду органа, вытесняющего жидкость:

а) поршневые, поршень которых имеет форму диска;

б) плунжерные, поршень которых исполнен в виде длинного цилиндра;

в) диафрагмовые, в которых перекачиваемая жидкость отделена от плунжера или поршня диафрагмой, а цилиндр заполнен рабочей жидкостью — маслом или эмульсией (рис. I.2, б). Эти насосы предназначены для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы.

3. По способу  действия:

а) одинарного  действия (рис. I.1);

б) двойного   действия (рис. I.2);

в) дифференциальные (рис. I.4);

4. По расположению  цилиндра:

а) горизонтальные;

б) вертикальные.

5. По числу цилиндров:

а) одноцилиндровые;

б) двухцилиндровые;

в) трехцилиндровые;

г) многоцилиндровые.

6. По роду перекачиваемой  жидкости:

а) обыкновенные (для перекачки холодной воды);

б) горячие (для горячих жидкостей);

в) кислотные;

г) буровые (для перекачки глинистых растворов) и др.

7. По быстроходности  рабочего органа:

а) тихоходные, с числом двойных ходов поршня (плунжера) в минуту 40 - 80;

б) средней быстроходности, скорость вращения коренного вала, которых составляет 80 - 150 об,/мин;

в) быстроходные, с числом двойных ходов поршня в минуту 150 - 350.

Помимо этого насосы по величине подачи делятся на малые (диаметр поршня D ≤ 50 мм), средний (D = 50 - 150 мм) и большие (D > 150 мм).

По величине развиваемого давления различают насосы малого, среднего и высокого давлений.  [1, стр. 6-7].

 

II. Виды динамических насосов, их классификация и принцип действия

Динамические насосы широко применяются в самых различных технологических процессах, связанных с подъемом пластовой жидкости, воздействием на призабойную зону пласта, транспортированием нефти и воды в системах поддержания пластового давления, в установках подготовки нефти для нефтеперерабатывающих предприятий и др. Наиболее эффективно использование динамических насосов для перемещения значительных объемов жидкости.

По сравнению с другими видами динамические насосы отличаются простотой конструкции, высокой степенью унификации узлов насосов одного типа, небольшими габаритными размерами, низкой стоимостью. Преимущество динамичных насосов заключается также в возможности непосредственного соединения валов насосов с валами электродвигателей, быстроходных турбин и регулирования подачи насосов в широких пределах.

Динамические насосы представляют собой насосы, в которых жидкость перемещается под силовым воздействием рабочих органов на нее в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса.

В добыче нефти применяют динамические насосы двух видов: лопастные насосы и насосы трения. В первых жидкость перемещается в результате вращения лопастей. Во вторых перемещение жидкости обусловлено силами трения.

Из лопастных насосов в добыче нефти применяют центробежные и осевые насосы.

В центробежных насосах (ГОСТ 9366-80) жидкость перемещается через рабочее колесо от центра к периферии: поступает в патрубок 1, затем в рабочее колесо 2, состоящее из дисков 3 и 4, между которыми расположены лопасти 7. Диск 4 соединен с валом ступицей 5 и шпонкой 6. Вращение вала передается рабочему колесу, в результате чего жидкость нагнетается в отводящий канал 8, заканчивающийся диффузором 9 (рис. II.2). В рабочем колесе центробежного насоса лопасти образуют каналы, направленные от оси насоса к его периферии. Жидкость, проходя между лопастями, вращается ими и под действием центробежных сил выбрасывается в неподвижный периферийный канал 8 для плавного ее отвода и направления в диффузор. Диффузор — расширяющийся патрубок, в котором скорость жидкости снижается, а ее давление еще более увеличивается. Вследствие движения жидкости от оси к периферии рабочего колеса у его входа (около вала насоса) создается область пониженного давления. В результате этого происходит постоянный приток жидкости к рабочему колесу.

В осевом насосе (ГОСТ 9366-80) жидкость перемещается через рабочее колесо в направлении его оси. Лопасти образуют каналы, направленные вдоль оси насоса. Жидкость движется под воздействием вращающихся лопастей (рис. II.2).

При определенной скорости движения лопастей 1 их сила воздействия на жидкость преодолевает действие силы тяжести жидкости и силы сопротивления движению ее в каналах. В результате жидкость поступает в неподвижный направляющий аппарат 2, в котором устраняется вращательное движение жидкости и за счет этого обеспечивается увеличение давления.

Из насосов трения применяется вихревой насос (ГОСТ 10392-80Е), в котором жидкая среда перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении.

В насосе лопастями создается вихревое движение жидкости (рис. II.3, сечение а-а). Канал 2 размещен в корпусе насоса, а канал 1 образуется лопастями рабочего колеса. Лопасть продвигает жидкость по окружности и в то же время центробежная сила отбрасывает ее к периферии. У внешней части лопастей жидкость выходит в канал и перемешивается с жидкостью, находящейся там. В канале смесь движется по винтовой линии, приближаясь к оси, и снова попадает в полость между лопастями, таким образом многократно получая приращение энергии и двигаясь от всасывающего патрубка к напорному.

Вихревые насосы отличаются от центробежных и осевых способностью самовсасывания, т. е. отбора жидкости насосом с уровня, расположенного ниже установки насоса, без предварительного заполнения жидкостью всасывающей линии. Поэтому вихревые насосы лучше других приспособлены для перекачки жидкости с газом. Для этой же цели служат насосы, созданные на основе описанных. Например, центробежные насосы могут иметь со стороны всасывающей линии рабочее колесо, применяемое в вихревом насосе.

Области применения рассмотренных насосов различны. Если их сравнить при условии одинаковой частоты вращения валов и равных ширине и внешнем диаметре их рабочих колес, получим следующие результаты. Область применения осевого насоса – большая подача при небольшом напоре, центробежного насоса – средние подачи и напоры, вихревого насоса – большой напор при небольшой подаче.

Насосы отличаются друг от друга компоновкой узлов, конструктивными особенностями, поэтому их классифицируют по многим признакам:

по направлению оси расположения вала – горизонтальный и вертикальный;

по расположению рабочих органов и конструкции опор – консольный и моноблочный, с выносными и внутренними опорами;

по расположению входа в насос – с боковым и с осевым входом, с двусторонним входом;

по числу ступеней и потоков – одноступенчатый, двуступенчатый, многоступенчатый (жидкость перемещается последовательно рабочими колесами), однопоточный, двухпоточный, многопоточный (жидкость подается через несколько отводов);

по конструкции и виду разъема корпуса – секционный, с торцевым и с осевым разъемом, двухкорпусный с защитным корпусом, футерованный;

по расположению насоса – погружной, скважинный, с трансмиссионным валом;

по требованию эксплуатации – обратимый, реверсивный, регулируемый, дозировочный, ручной;

по условиям всасывания – самовсасывающий, с предвключенной ступенью, с предвключенным колесом;

по взаимодействию насоса с окружающей средой – герметичный, взрывозащищенный, малошумный, маломагнитный, ударостойкий;

по  необходимости   поддержания  температуры   подаваемой среды – обогреваемый, охлаждаемый;

по   месту  установки   насоса – стационарный,   передвижной,       встроенный.

По конструктивным признакам классифицируются также и насосные агрегаты, состоящие из одного или нескольких насосов и приводящего двигателя, соединенных между собой:

по роду привода – электронасосный, турбонасосный, дизель-насосный, мотонасосный, гидроприводной, пневмоприводной;

по требованию эксплуатации – регулируемый дозировочный, синхродозировочный;

по конструктивному объединению насоса с приводом – электронасос, турбонасос, паровой насос, гидроприводной насос, пневмонасос.

Определения, подробно раскрывающие существо конструктивных особенностей классифицированных выше насосов и насосных агрегатов, устанавливаются ГОСТ 17398-72.

Кроме того насосы классифицируются по области их применения в добыче нефти:

скважинные насосы для подъема из скважин нефти, воды;

погружные насосы для перекачки жидкостей из резервуаров (насос располагается внутри резервуара под уровнем жидкости); для отбора жидкости из земляных амбаров, водоемов; для очистки территорий; для специальных целей (например, для перекачки сжиженных газов);

насосы для транспортирования по промыслу жидкости, поднятой из скважин; для перемещения жидкостей в технологических установках подготовки нефти и воды; для закачки воды в нефтяные пласты; для подачи специальных реагентов в различных технологических процессах (например, при защите трубопроводов и оборудования от коррозии). [2, 97-100]

 

 

III. Виды и классификация компрессоров

Компрессоры представляют собой машины для сжатия и перемещения газообразных агентов, например, воздуха, кислорода, водорода, природного газа и т. п. (далее по тексту – газа). Они нашли широкое применение в народном хозяйстве, в том числе в нефтяной и газовой промышленности.

Области применения компрессоров в этих отраслях следующие:

• подъем пластовой жидкости на поверхность при компрессорном способе добычи нефти;
• закачка газа в нефтяные пласты с целью поддержания и восстановления пластового давления;
• закачка газа в подземные хранилища;
• освоение скважин после бурения и ремонта;
• подача воздуха в пневматические системы буровых установок;
• подача окислителя (воздуха) в нефтяные пласты при эксплуатации месторождений с применением внутрипластового движущегося очага горения;
• сбор газа при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений и подача его на головную компрессорную станцию;
• сжатие нефтяного газа в сепарационных установках;
• транспортирование  газа  по  магистральным  трубопроводам;
• подача воздуха в пневматические системы различных грузоподъемных, транспортных и других машин, приборов, инструментов и приспособлений, применяемых в нефте- и газодобыче;
• опрессовка трубопроводов, емкостей и т. п. в процессе испытания их на прочность и плотность;
• перемещение газа в установках заводов по переработке нефти и газа;
• удаление газа с целью создания в какой-либо полости вакуума;
• вентиляция с целью охлаждения оборудования и циркуляции воздуха в помещениях;

теплопередача (в охлаждающих рубашках машин, подогревателях, холодильных установках).

Виды и классификация компрессоров

Все компрессоры можно условно подразделить на два вида: динамические и объемные.

В динамических компрессорах газ сжимается путем увеличения его скорости и превращения кинетической энергии газа в энергию давления. В объемных компрессорах — в результате уменьшения объема рабочего пространства.

К динамическим компрессорам относятся центробежные, осевые компрессоры и центробежные вентиляторы.

Центробежные компрессоры и вентиляторы по принципу действия и конструкции подобны центробежным насосам; осевой компрессор — осевому насосу. Конструктивные особенности динамических компрессоров в отличие от насосов связаны со сжимаемостью перемещаемой газовой среды (это свойство газа определяет конструктивные особенности и объемных компрессоров) и большими частотами вращения валов компрессоров (более 200 с-1).

К объемным компрессорам, по аналогии с объемными насосами, относятся поршневые и роторные. Классификационным признаком поршневого компрессора является наличие в качестве рабочего органа поршня или плунжера. Принцип его действия подобен принципу действия поршневого насоса.

К роторным компрессорам относятся пластинчатые, жид-костнокольцевые, коловратные, винтовые и некоторые другие типы компрессоров. В них, так же как и в роторных насосах, осуществляется вращательное или вращательное и возвратно-поступательное движение рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена. Их конструкция и принцип действия аналогичны.

К компрессорам (компрессорным машинам) относятся собственно компрессоры, вентиляторы и вакуумные компрессоры.

В результате сжатия газа давление на выходе компрессора р2 становится больше давления на входе в него р1. Отношение этих величин представляет собой степень повышения давления компрессором ɛ= p2/p1.

Когда требуется обеспечить ɛ=1-1,15, применяются вентиляторы (вентиляторы практически не сжимают газ и поэтому их принцип действия мало отличается от принципа действия насоса). Для получения ɛ>1,15 применяют компрессоры. Для ɛ<2,5-3 – неохлаждаемые компрессоры, так называемые нагнетатели, воздуходувки, продувочные насосы.

Вакуумные компрессоры применяются для удаления газа из ограниченного пространства (сосуда, резервуара). Давление на выходе вакуумного компрессора обычно равно атмосферному, но в результате создания разряжения в сосуде или в резервуаре, степень повышения давления вакуумным компрессором может достигать больших значений, по сравнению с другими компрессорными машинами.

Компрессоры подразделяются:

• по давлению на выходе компрессора – низкого (до 1 МПа), среднего (до 10 МПа), высокого (до 100 МПа) и сверхвысокого давления (более 100 МПа);
• по виду перемещаемого газа – воздушные, кислородные, для природного газа, аммиака, водорода, азота и т. д.;
• по величине подачи;
• по месту установки – стационарные, передвижные, встроенные (компрессор является узлом другой машины или аппарата);
• по   приводу – от   электродвигателя,   двигателя   внутреннего
• сгорания;
• по числу ступеней и потоков – одно-, двух- и многоступенчатые; одно-, двух- и многопоточные;
• по системе охлаждения – без искусственного охлаждения; с воздушным охлаждением, с внутренним водяным охлаждением; с внешним охлаждением в одном, двух и т. д. промежуточных охладителях; с впрыскиванием охлаждающей жидкости.
• Компрессоры, помимо указанных общих различий, могут подразделяться по конструктивному исполнению того или иного их типа. Например, поршневые компрессоры могут подразделяться:
• по числу поршней или плунжеров — одно-, двух-, трех- и многопоршневые; одно-, двух-, трех- и многоплунжерные;
• по виду передающего движения механизма — передача от двигателя к поршню компрессора через кривошипно-шатунный механизм; через шток без кривошипно-шатунного механизма (к последним относится и свободно-поршневой дизель-компрессор, поршни которого соединены с поршнями двигателя внутреннего сгорания штоком;
• по расположению компрессорных цилиндров — угловые, вертикальные и горизонтальные.

Роторные компрессоры бывают одновальными (пластинчатые, жидкостнокольцевые, трохоидные, с катящимся ротором) и двухвальными (коловратные, винтовые).

Центробежные компрессоры (так же как и центробежные насосы): одно- и многокорпусными; консольными, с выносными опорами; с осевым, боковым и двусторонних входом; с торцевым разъемом, с осевым разъемом и с двойным корпусом.

Принимая во внимание необходимость применения единообразной терминологии и учитывая функциональную сходность насосов и компрессоров (первые служат для подачи жидкости, вторые — для подачи газа), допустимо формальное применение в науке, технике и производстве некоторых основных понятий насосов в качестве основных понятий компрессоров. Это, в частности, может относиться к основным техническим показателям компрессоров: объемной и массовой подаче; давлению на входе и выходе; удельной и полезной удельной работе; мощности и полезной мощности; к.п.д. и механическому к.п.д.

Вместе с тем следует помнить, что определения понятий в области насосов и компрессоров не идентичны. Это связано в первую очередь с принципиальными особенностями работы компрессоров, обусловленными сложностью процесса сжатия газа. К ним относятся: характерные условия теплообмена в компрессорной машине, связанные с повышением температуры газа при его сжатии; неравномерное изменение состояния газа враз-личных частях газового потока из-за перетечек газа из одной полости компрессора в другую и наличия остатков газа в «мертвом» (вредном) пространстве цилиндра поршневого компрессора.

Кроме того, определения понятий насосов нельзя полностью переносить на область компрессоров вследствие наличия специфических конструктивных отличий компрессоров, обусловленных свойствами перемещаемого газа. [2, стр. 175-178]

 

IV. Оборудование ствола газовой скважины, законченной бурением

К оборудованию ствола относится оборудование, размещенное внутри эксплуатационной (обсадной) колонны в пространстве от забоя до устья.

При движении газа от забоя до устья в стволе скважины происходит следующее. Потенциальная энергия сжатого в пласте газа переходит в кинетическую энергию движущегося потока. По вертикали снизу-вверх увеличивается скорость газа, снижается его давление, часть энергии затрачивается на преодоление сопротивления трения. В результате этого к устью снижается температура газа. Изменение параметров потока р и Т приводит к переходу из парообразного (газового) в жидкое состояние воды и конденсата. При изменении р и Т нередко создаются условия, благоприятные для гидратообразования в стволе скважины.

Присутствие в потоке газа твердых частиц и жидкости может привести к их накоплению на забое, если они не выносятся потоком газа.

Коррозия металла агрессивными компонентами H2S, CO2 и другими может нарушить герметичность труб. В результате возможны межпластовые перетоки газа, открытое аварийное фонтанирование, образование грифонов и другие опасные аварии на скважинах.

Описанные физико-механические процессы, происходящие в скважине при добыче газа, обусловили необходимость специального оборудования ствола скважин.

Назначение этого оборудования многофункционально, а конструкция и набор комплектов разнообразны. Комплектуют подземное оборудование в зависимости от состава и свойств газа и конденсата, глубины скважины, пластовых давлений и температур, свойств пласта, обводнения, режима эксплуатации и т. д.

Всегда стремятся эксплуатировать скважину, используя простейшее оборудование, поскольку при этом проще обслуживание, меньше затраты на оборудование, выше технико-экономические показатели добычи газа. Сложное оборудование применяют только в силу необходимости, когда без этого нарушается процесс добычи, возникает опасность остановки скважин, возможны аварийные ситуации.

Рассмотрим оборудование ствола.

По обсадной эксплуатационной колонне газ добывают в редких случаях, когда в нем нет вредных примесей, очень малое количество твердых частиц и жидкости, небольшие глубины (до 1000 м), давления (6-9 МПа), дебиты (до 100 тыс. м3/сут). В стволе нет никакого оборудования, затраты труда и средств на обслуживание скважин наименьшие.

Как правило, газ отбирают через колонну фонтанных труб, которую опускают внутри обсадной колонны (см. рис. IV.1,а). Фонтанные трубы обеспечивают следующее:

• предохранение обсадных труб от эрозии и коррозии;
• вынос жидкости и твердых частиц с забоя;
• эксплуатацию скважины в осложненных условиях (подача в поток газа на забой ингибиторов коррозии и гидратообразования, ПАВ, глушение скважин, отбор газа по затрубному пространству и т. д.);
• одновременную раздельную эксплуатацию (ОРЭ) нескольких пластов одной скважиной.

Колонна фонтанных труб может быть одинакового диаметра по всей длине или ступенчатой с увеличением диаметров к устью. Спускают фонтанные трубы до середины интервала вскрытия пласта, а также ниже или выше интервала вскрытия. На конце колонны делают раструб или ставят сетку 3 (см. рис. IV.1). Раструб позволяет опускать ниже фонтанных труб, а затем поднимать приборы, желонки, перфораторы. Сетка удерживает в колонне глубинные приборы при обрыве их подвески (проволоки).

Диаметр фонтанных труб подбирают так, чтобы они выполняли свои функции при наименьших потерях давления при движении в них газа.

Сифонные трубки опускают в обсадную колонну (если нет фонтанных труб), в фонтанные трубы или параллельно фонтанным трубам. Диаметр их меньше диаметра фонтанных труб (25 - 37 мм). Предназначаются для продувки скважины с целью выноса жидкости и песка либо подачи на забой ингибиторов.

Установка плунжерного лифта предназначена для удаления жидкости с забоя скважины (см. рис. IV.1,б). Установка состоит из верхнего 4 и нижнего 7 амортизаторов, установленных в фонтанных трубах, и летающего клапана (плунжера) 6 с шариком. Под действием перепада давлений в стволе скважины плунжер со столбом жидкости над ним 5 поднимается к устью и подает жидкость на поверхность.

Комплексы подземного оборудования типа КПО и КПГ, «Барьер» (см. рис. IV.1,в) предназначены для эксплуатации скважин в сложных геолого-эксплуатационных условиях: большие глубины, высокие пластовые давления и температуры, наличие в разрезе вечной мерзлоты, содержание в газе коррозионноактивных компонентов (сероводорода и углекислого газа).