Газовые и песочные якоря.
Рассмотрим более подробно возможность увеличения коэффициента сепарации свободного газа у приема насоса благодаря использованию специальных глубинных устройств, называемых газовыми якорями или газовыми сепараторами и устанавливаемых, как правило, ниже всасывающего клапана насоса.
Работа газовых сепараторов для скважинных штанговых насосов основана на принципе гравитационного разделения фаз. Эффективные гравитационные сепараторы должны удовлетворять определенным требованиям, основными из которых являются:
· скорость нисходящего потока в сепараторе жидкой фазы должна быть меньше скорости всплытия газовых пузырьков;
· рациональное соотношение между площадью выходных отверстий для газа в перфорированном ниппеле и площадью всасывающего клапана;
· рациональные диаметр и длина газового сепаратора, определяющие потери давления в нем.
Схема наиболее простого газового сепаратора приведена на рис. 9.22 а
Насос устанавливается ниже интервала перфорации, а под ним закрепляется перфорированный хвостовик того же диаметра, что и насосно-компрессорные трубы. Нефть с газом из продуктивного пласта 5 поступает в кольцевое пространство между обсадной колонной 1 и колонной НКТ 2. Вследствие достаточно большой площади поперечного сечения этого кольцевого пространства нефть с меньшей скоростью, чем всплывают пузырьки газа, движется вниз и поступает через отверстия 6 в приемную трубу 10 и далее — в прием насоса 7. Эффективность данной схемы сепарации достаточно высока, но она не может применяться в скважинах с небольшим динамическим уровнем, а также в скважинах с открытым забоем.
Влияние механических примесей
Серьезно осложняющим работу СШНУ фактором является содержание в откачиваемой продукции механических примесей (песка). Такая продукция, попадая в глубинный насос, приводит к износу пары трения ≪цилиндр—плунжер≫, клапанов, а в ряде случаев вызывает заклинивание плунжера в цилиндре и обрыв штанг.
Кроме того, чрезмерное количество песка в продукции приводит осаждению части его на забое скважин, образованию песчаных пробок и снижению продуктивности (так называемые пескообразующие скважины). Для предотвращения поступления песка в скважины широко используют специальное оборудование их забоев.
Существенный положительный эффект при эксплуатации пескообразующих скважин может дать применение песочных якорей, закрепляемых под всасывающим клапаном глубинного насоса. По принципу действия песочные якоря относятся к классу гравитационных сепараторов.
В якоре прямого типа скорость нисходящего потока жидкой фазы (в кольцевом зазоре) и скорость восходящего потока в трубе должны быть меньше скорости оседания частиц песка. Оседающий песок накапливается в корпусе-накопителе якоря, который очищается на поверхности после подъема при подземном ремонте скважины. При использовании песочных якорей вероятность образования песчаной пробки на забое скважины существенно понижается.
4. Работа штанг в скважине, нагрузки на них. Упругие деформации штанг и труб под действием статических нагрузок.
Для выяснения нагрузок, действующих на колонну штанг (в ТПШ) в течение насосного цикла, рассмотрим схему, представленную на рис. 9.7. В общем случае на колонну штанг действуют следующие нагрузки (при ходе вверх):
1. От собственной силы тяжести штанг в смеси (жидкости) — Gшт.см .
2. От силы тяжести смеси (жидкости) в колонне НКТ — Gcм т.
3. От давления на устье в колонне НКТ — Gрy.
4. От трения колонны штанг о НКТ, плунжера в цилиндре, а также от гидродинамического трения продукции скважины в трубах — Gтр (при ходе вверх), Gтр’ (при ходе вниз).
5. Направление указанных сил совпадает с направлением ускорения свободного падения. Кроме этих сил, на колонну штанг (плунжер) действуют следующие силы с противоположным знаком:
6. От давления в затрубном пространстве скважины — G рз.
7. От силы тяжести жидкости (смеси) в затрубном пространстве—Gсм.з.
Силы, рассмотренные выше, являются преобладающими при статическом режиме работы установки. При динамическом режиме, кроме рассмотренных, существенными являются следующие силы:
1. Инерционные — Gm.
2. Вибрационные — GBH6.
Таким образом, при ходе вверх максимальная нагрузка, действующая в ТПШ, такова:
При ходе вверх максимальная нагрузка, действующая в ТПШ, такова:
(9.76)
При ходе вниз нагрузка, действующая в ТПШ, минимальна и такова:
.