Файл: Учебное пособие " скважинная добыча нефти и газа".doc

. (12.8)

Давление отработанной жидкости под поршнем двигателя сложится из давления в выкидной линии на устье скважины P_у, гидростатического давления столба жидкости в кольцевом пространстве P"_г, которая может иметь плотность, отличную от плотности рабочей жидкости, и поэтому, вообще говоря P'_г ≠ P"_г , потерь на трение Р_к в кольцевом пространстве при движении по нему смеси из пластовой и отработанной жидкости и потерь на трении п в отводных каналах и золотнике двигателя, которые должны быть взяты со знаком плюс. Таким образом,

. (12.9)

Рассмотрим теперь силы и давления, возникающие над и под поршнем насосного цилиндра также при ходе поршня вниз.

Сила R'_н равна алгебраической сумме сил, действующих на поршень снизу и сверху, т. е,

, (12.10)

где R'_н - сила, действующая на нижнюю поверхность поршня; R"_н - сила, действующая на верхнюю поверхность поршня. Но

, (12.11)

где F₁ - нижняя площадь поршня насоса со стороны нагнетания жидкости при ходе вниз; P_н1 - давление на выкиде насоса, действующее на нижнюю поверхность поршня при его ходе вниз.

Аналогично определится и сила R"_н, действующая на верхнюю поверхность поршня насоса со стороны всасывания. Верхняя площадь поршня меньше нижней на величину сечения штока. Обозначим ее F₂. Тогда

, (12.12)

где P_н2 - давление над поршнем насоса при всасывании.

Давление нагнетания

, (12.13)

где P_у, P"_г и P_к - прежние, а m - потеря давления на трение в клапанах и отводных каналах насоса при нагнетании.

Давление на стороне всасывания равно

, (12.14)

где P_пр - давление на приеме насоса, т. е. на глубине погружения.

Подставляя (12.14) в (12.12) и (12.13) в (12.11) и далее все в (12.10), получим

---

. (12.15)

Подставляя (12.8) в (12.6) и (12.9) в (12.7) и далее все в (12.5), получим

. (12.16)

Далее (12.15) и (12.16) подставим в (12.4) и получим

(12.17)

Решая (12.17) относительно искомого P_н, получим

. (12.18)

Потери давления на трение рабочей жидкости в каналах двигателя n и потери давления на трение пластовой жидкости в каналах насоса m, вообще говоря, малы и можно считать n = m. Тогда из (12I.18) получим давление нагнетания насоса при ходе поршневой группы вниз

. (12.19)

Рассуждая аналогично, можно легко получить формулу для давления нагнетания силового насоса P_н при ходе поршневой группы ГПН вверх. Для этого необходимо учесть, что при ходе вверх давление P₁ будет действовать на нижнюю поверхность f₂ поршня двигателя, а давление на выкиде P₂ - на верхнюю поверхность f₁.

В цилиндре насоса давление нагнетания P_н1 будет действовать на верхнюю поверхность поршня насоса F₂, а давление всасывания P_н2 - на нижнюю поверхность f₁.

С учетом сказанного формула для давления нагнетания силового насоса P_н при ходе вверх будет иметь следующий вид:

. (12.20)

Как видим, формула (12.20) аналогична формуле (12.19), но величины площадей F₁ и F₂, а также f₁ и f₂ меняются местами.

Гидропоршневые насосы - сложные установки. Они требуют размещения на поверхности у скважины силовых насосов трансформатора, станций управления и защиты. Кроме того, сложны сепарационные и очистные сооружения для подготовки рабочей жидкости. Это является одной из причин, сдерживающих их широкое распространение. Однако с помощью ГПН легко осуществляется эксплуатация наклонных скважин, в которых работа штанговых насосов иногда оказывается совершенно невозможной. В настоящее время на отечественных промыслах эксплуатируется несколько установок ГПН в порядке накопления опыта работы с ними и выяснения возможности их эксплуатации на промыслах Сибири и Севера.

---

---

13. ПОГРУЖНЫЕ ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ

Основным элементом погружного винтового насоса (ПВН) является червячный винт, вращающийся в резиновой обойме специального профиля. В пределах каждого шага винта между ним и резиновой обоймой образуются полости, заполненные жидкостью и перемещающиеся вдоль оси винта. Приводом служит такой же ПЭД, как и для ПЦЭН, с частотой вращения, вдвое меньшей. Это достигается такими соединениями и укладкой статорной обмотки двигателя, что создается четырехполюс-ное магнитное поле с синхронной частотой вращения 1500 мин"¹.

Если для ПЦЭН увеличение частоты вращения улучшает эксплуатационные характеристики насоса, то для ПВН, наоборот, желательно уменьшение частоты вращения вала, так как в противном случае увеличивается износ, нагрев, снижается к. п. д. и другие показатели. Внешне ПВН мало отличается от ПЦЭН.

В комплект установки входят: автотрансформатор или трансформатор на соответствующие напряжения для питания ПЭД; станция управления с необходимой автоматикой и зашитой; устьевое оборудование, герметизирующее устье скважины и ввод кабеля в скважину; электрический кабель круглого сечения, прикрепляемый поясками к НКТ; винтовой насос, состоящий из двух работающих навстречу друг другу винтов с двумя прием-чыми сетками и общим выкидом; гидрозащита электродвигателя; маслонаполненный четырехполюсный электродвигатель переменного тока - ПЭД.

Основной рабочий орган винтового насоса (рис. 13.1) состоит из двух стальных полированных и хромированных одно-заходных винтов 2 и 4 с плавной нарезкой, вращающихся в ре-зинометаллических обоймах 1 и 5, изготовленных из нефтестойкой резины особого состава.

Внутренняя полость обойм представляет собой двухзаходную винтовую поверхность с шагом в два раза больше, чем шаг винта. Винты соединены с ПЭДом и между собой валом с промежуточной эксцентриковой муфтой 3. Оба винта имеют одинаковое направление вращения, но один винт имеет правое направление спирали, а другой - левое. Поэтому верхний винт подает жидкость сверху вниз, а нижний - снизу вверх. Это позволяет уравновесить винты, так как силы, действующие на них от перепада давления со стороны выкида и приема, будут взаимно противоположны.

---

Любое поперечное сечение стального винта есть правильный круг, однако центры этих кругов лежат на винтовой линии,



Рис. 13.1 Винтовой насос с двумя уравновешенными рабочими органами

 

ось которой является осью вращения всего винта. В любом сечении винта, перпендикулярном к его оси, круговое сечение оказывается смещенным от оси вращения на расстояние е, называемое эксцентриситетом (рис. 13.2).

Поперечные сечения внутренней полости резиновой обоймы в любом месте вдоль оси винта одинаковые, но повернуты относительно друг друга. Через расстояние, равное шагу, эти сечения совпадают.

Само сечение внутренней полости в любом месте представляет собой две полуокружности с радиусом, равным радиусу сечения винта, раздвинутые друг от друга на расстояние 4е.

При работе двигателя винт вращается вокруг собственной оси. Одновременно сама ось винта совершает вращательное движение по окружности диаметром d = 4е.

Гребень спирали винта по всей своей длине находится в непрерывном соприкосновении с резиновой обоймой. Между винтом и обоймой образуется полость, площадь сечения которой равна произведению диаметра винта D на 4е, а высота этой полости в направлении оси винта равна шагу обоймы Т ( T = 2t, где t - шаг винта).

Перекачиваемая жидкость заполняет полость между винтом и обой-

 



Рис. 13.2. Сечение резиновой обоймы и винта насоса



Рис. 13.3. Положение сечения винта в обойме при его повороте на один оборот

I - исходное положение, II - положение при повороте на 90°, III - положение при по вороте на 180º,

IV - положение при повороте на 270°, V - положение при повороте на 360°; к - фиксированная точка на поверхности винта (вращение против часовой стрелки)

 

мой в пределах каждого шага и, так как при вращении винт в осевом направлении не движется, то жидкость будет перемещаться вдоль оси винта на расстояние одного шага при повороте винта на один оборот. Следовательно, суточная подача винтового насоса будет равна

---