Контрольная работа по «Нефтегазопромысловое оборудование»

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).