Мультифазные винтовые насосы для удаления воды из газовых скважин

Насос мультифазный

Как правило, эксплуатационные газовые скважины производят не только природный газ. На поверхность из пласта поступает также определённое количество нефти и воды. Множество газодобывающих компаний, таких как Газпром Нефть , РуссНефть, Татнефть и многие другие испытывают сложности при заполнении газовых скважин водой, т.к. увеличение количества жидкости в газовой скважине приводит к повышению давления в её стволе и уменьшению отдачи газа.  Дело в том, что для обеспечения определённого притока газа из пласта необходимо обеспечить разницу давлений в стволе скважины и в пласте (давление в стволе должно быть меньше давления в пласте). В старых газовых скважинах дебит газа снижается, и соответственно снижается его скорость. При этом также зачастую происходит увеличение дебита жидкости. На определённом этапе скорость газа становится недостаточной, чтобы поднимать жидкость на поверхность, и пузырьки газа начинают подниматься уже по неподвижному столбу жидкости. Производительность скважины снижается, со временем давление падает, и скважина глохнет. Для предотвращения этой ситуации необходимо обеспечить удаление жидкости из скважины.

Методы удаления жидкости

Традиционный метод удаления жидкости состоит в отключении скважины от трубопровода и подключении её к мобильному резервуару, в который происходит свободный излив до того момента, пока вновь не начинает идти газ. Давление в резервуаре специально понижается, газ выпускается через вентиляционный патрубок в атмосферу или сжигается. Летучие органические соединения попадают в окружающую среду, нанося вред экологии. Также при этом могут нарушаться требования действующего законодательства по допустимым выбросам. Жидкость, скопившуюся в резервуаре, необходимо утилизировать, как правило, с помощью автотранспорта. Всё это создаёт неудобства и увеличивает стоимость производства.

Рис.1. Традиционные методы удаления жидкости

Существуют и другие способы, например, такие как применение ПАВ (химических шашек), штанговых насосов, плунжерных лифтов, ПЭЦН (Погружных Электро-Центробежных Насосов). Они являются не столь эффективными и дорогостоящими в установке и эксплуатации.

Наиболее современным и технологичным способом удаления жидкости из газовых скважин является применение мультифазных насосных станций и насосов. Мультифазные системы производства Leistritz позволяют откачать скважинный флюид (воду, жидкость), понизить давление на оголовке скважины и в насосно-компрессорной трубе (НКТ).

Рис.2.1 Мультифазная станция Leistritz. Внешний вид

Таким образом, ещё одно преимущество мобильной мультифазной насосной станции Leistritz в том, что она позволяет избежать выброса газа в атмосферу или его сжигания, а вместо этого в полном объёме направить его на узел подготовки газа (УПГ).

Рис.2.2 Мультифазная станция Leistritz, компоновка. Движение перекачиваемой среды.

 

Цикл удаления жидкости с помощью мультифазных станций Leistritz начинается так. Мобильная мультифазная станция подключается в режиме байпаса в линию транспортировки газа. Мультифазный насос запускается на полное противодавление напорного трубопровода. На входе в насос имеется давление на оголовке закрытой скважины. Через небольшой промежуток времени станция создаёт перепад давления, понижая при этом давление на оголовке, и откачивает жидкость и газ из скважины. Таким образом, отдача газа будет увеличиваться. С увеличением скорости газа в НКТ будет обеспечиваться непрерывное удаление жидкости из скважины, восстанавливая скважину до желаемого состояния с требуемым дебитом и давлением. После восстановления объема перекачки газа, мультифазная станция Leistritz может быть остановлена и отключена от трубопровода. Благодаря мобильности, станция может быть перевезена на следующий куст или месторождение к другим скважинам, нуждающимся в обработке. Цикл удаления жидкости может быть повторён с необходимой периодичностью.

Рис.2.3  3D компоновка мобильной мультифазной станции Leistritz

Конструкция и принцип работы

Рассмотрим более подробно конструкцию мобильной мультифазной насосной станции. Она состоит из следующих компонентов:

• мультифазный двухвинтовой насос Leistritz (L4 в специальном исполнении);
• двигатель внутреннего сгорания, работающий на природном газе, оснащённый аккумуляторной батареей, радиатором, глушителем, коробкой отбора мощности и системой подготовки топлива;
• коробка передач / редуктор;
• муфта и кожух муфты;
• стальная сварная рама с бортами и общим дренажом, смонтированная на прицепе;
• теплообменник;
• всасывающий коллектор с фильтром и аварийным отсечным краном;
• нагнетательный коллектор с системой удержания жидкости, обратным клапаном, ручным отсечным краном и предохранительным клапаном, подключенным к всасыванию насоса;
• байпасный трубопровод с обратным клапаном;
• КИП (см. Рис. 4) и клеммные коробки, подключение к SCADA;
• резервуар сбора утечек с контролем уровня.

Рис. 3. Внешний вид мобильной мультифазной станции Leistritz

Рис. 4. Принципиальная схема трубопроводов и КИП

Мультифазный двухвинтовой насос является насосом объёмного типа, рабочими органами которого являются два ротора (винта). Ведущий винт приводится через муфту от двигателя. Необходимо отметить, что ведомый винт не находится в зацеплении с ведущим. Между кромками винтов всегда присутствует зазор, также как и между винтом и корпусом насоса. Отсутствие контакта винтов снижает износ и обеспечивает длительный срок службы. Ведомый винт приводится во вращение  посредством синхронизирующих шестерней, установленных на валах, и расположенных с неприводной стороны насоса. Мультифазная среда, попадая в рабочую камеру, образуемую между витками винтов, перемещается вдоль винта из области всасывания в область нагнетания. Таким образом, насос создаёт расход. Перепад давления создаётся за счёт противодавления системы (трубопровода), на которую работает насос.

Рис. 5. Двухвинтовой мультифазный насос

Рис. 6.1 Распределение фаз по винту.

При перекачивании мультифазной смеси (газ, нефть и вода), жидкость в камере отбрасывается на периферию под действием центробежных сил, газ же находится ближе к центру ротора (Рис. 6.1, 6.2). При движении потока от всасывания к нагнетанию, внутренняя перетечка жидкости движется в обратном направлении, причём наибольшая перетечка имеет место в последних камерах винта. Это объясняется тем, что распределение давления по длине винта не является равномерным (см. Рис. 6.2). В первых камерах от всасывания давление растёт незначительно, а в камерах ближе к нагнетанию оно возрастает в квадратичной зависимости. В двухвинтовых насосах, работающих на жидкости, распределение давления по длине винта равномерно. Отметим также, что с увеличением давления в камере объём газа уменьшается, жидкости же в последних камерах по этой причине становится больше. В последних камерах именно противодавление системы создаёт внутреннюю перетечку в оратно направлении, и именно оно соверщает работу по сжатию газа. Насос, как мы сказали  ранее, лишь перемещает среду из области низкого давления в область высокого давления.

 

Рис. 6.2 Распределение давления и мультфазной среды по винту.

В мультифазных двухвинтовых насосах используются двухпоточные винты, то есть мультифазный поток направляется от всасывающего патрубка к двум противоположным сторонам винта, проходит через рабочие камеры и выходит по центру ротора в область нагнетания (см. Рис. 5). Таким образом, увеличивается производительность насоса и обеспечивается баланс осевых сил.

Рис. 7. Зазоры в насосе

Для нормальной работы мультифазного насоса зазоры между винтами и корпусом должны уплотняться жидкостью. Поэтому при перекачивании 100% газовой фазы в насосе должна быть жидкость. При сжатии газа происходит выделение тепла, и жидкость также выполняет функцию охлаждения. Для обеспечения постоянного нахождения жидкости в насосе мультифазная насосная станция оснащается системой удержания жидкости и теплообменником для охлаждения. В зависимости от параметров, приблизительно 3% расхода отбирается с нагнетания и подаётся в специальную ёмкость, где происходит сепарация жидкости и газа. Жидкость направляется обратно на всасывание насоса. Твёрдые частицы улавливаются и не направляются на всасывание вместе с жидкостью.

Рис. 8. Система удержания жидкости

Испытания

Рис. 9. Снижение давления на входе в насос и увеличение дебита скважины

Рис. 10. Испытания мультифазной станции Leistritz для удаления жидкости в газовых скважинах

Примеры применения

Испытания мультифазной станции Leistritz по удалению жидкости из газовой скважины в проводились в США в Университете Луизианы. Испытания подтвердили высокую эффективность использования мультифазной технологии для данного применения. На Рис. 9 видно падение давления на входе в станцию (давление на устье скважины) и увеличение расхода по газу.

Примером успешного применения мобильных установок для удаления жидкости из газовых скважин является месторождение Piceance корпорации Encana в США. Ниже представлены тренды до и после применения мультифазной технологии Leistritz удаления жидкости. Давление на оголовке скважины было высоким по причине скопления большого объема жидкости, и производительность по газу была низкая. Это было также обусловлено высоким давлением в газопроводе. Для обработки скважин была привезена и подключена мобильная мультифазная станция (Рис. 10). Видно, что после её включения давление на оголовке сразу понизилось, и производительность скважины возросла. После отключения мобильной установки скважина продолжала эксплуатироваться с уже установившимися улучшенными показателями.

 

 

Рис. 10. Применение мультифазной станции Leistritz для удаления жидкости на месторождении Piceance, США

Рис. 11. Характеристики скважины до и после применения мобильной мультифазной станции Leistritz

Мобильная мультифазная насосная станция Leitstritz является прекрасным решением для решения задачи удаления жидкости и оптимизации эксплуатации газовых скважин.

Наиболее правильный и эффективный выбор мультифазной станции возможен при предоставлении подробных данных о месте установки, данных о процессе, о старых станциях, их марках и о проблемах с которыми сталкивались при работе со старыми станциями. Для подбора насоса необходимо заполнить опросный лист, либо обратиться к техническим специалистам. При необходимости специалисты нашей компании готовы совершить выезд на месторождение для сбора необходимой информации для подбора мультифазной насосной станции для откачки воды из газовых скважин.

В комплекте с насосами Leistritz и отдельно от насосов Ляйстриц  наша компания в кратчайшие сроки может поставить запчасти (ЗИП) Leistritz:

• уплотнения вала;
• подшипники;
• рабочие колеса;
• сменные кольца;
• прокладки корпуса;
• валы насосов;
• корпусы;
• крышки корпусов;
• муфты для соединения насоса и электрических двигателей.

Кроме того, возможно проведение ремонта, модернизации оборудования и переоборудование насосов с одинарного уплотнения вала на двойное уплотнение вала в соответствии с требованиями Ростехнадзора РФ. Более подробно о данных процедурах Вы можете прочитать в разделе «Сервис и запасные части»

По вопросам подбора и расчета насосов просим обращаться в компанию ООО «Промышленные Химические Технологии» — официальному поставщику мультифазных насосов в России и СНГ.

Телефон: 8 800 250-01-54 или заказать звонок
Skype: zakaz.skype, E-mail: zakaz@promhimtech.ru