Классификация насосных станций

Станции первого и второго подъема воды. Станция первого подъе­ма воды предназначена для подачи воды на станцию второго подъема воды или на установку по обработке воды. Станция второго подъема воды строится на территории месторождения в случае, если развивае­мого давления насосами станции первого подъема воды недостаточно для транспортирования продукции по территории месторождения и создания требуемого давления. На станциях подъема воды применя­ются центробежные двух-, шестиступенчатые насосы с электроприво­дом. Число насосов, их подача и напор подбираются в соответствии с об­щими требованиями системы и гидравлическим расчетом. При этом предусматривается установка резервных насосов из расчета на два ра­ботающих один резервный. Остановки насосных станций вредно отра­жаются на работе всей системы и, в частности, на поглотительной спо­собности нагнетательных скважин.        

Насосные станции второго подъема осуществляют распределение воды по магистральным водоводам и снабжение водой КНС. Распола­гаются они, как правило, в местах сосредоточения основных сооружений систем ППД и часто совмещаются с одной из КНС. Современные станции второго подъема имеют блок местной автоматики, который обеспечивает:

- работу станции на автоматическом режиме с самозапуском;

- включение резервного насоса при наличии аварийных призна­ков у основных рабочих насосов;

-  подачу различных сигналов на центральный диспетчерский пункт.

Обычно станции второго подъема развивают такое давление, кото­рое необходимо для преодоления гидравлических потерь до самых удаленных КНС с учетом разницы в гипсометрических отметках, путе­вого отбора воды на промежуточных КНС и обеспечения подпора на­сосов КНС. Подпор на приемах насосов КНС позволяет на такую же величину увеличить давление на выкиде насосов, т. е. давление нагне­тания, что в некоторых случаях существенно увеличивает поглотитель­ную способность скважин.

Каждая КНС обеспечивает водой ближайшие три - шесть нагнета­тельных скважин, которые группируются по давлению. Обслуживание одной КНС большего числа нагнетательных скважин нецелесообраз­но, так как это приводит к необходимости прокладки более длинных водоводов высокого давления к удаленным нагнетательным скважи­нам.     

Как правило, каждая нагнетательная скважина соединяется с КНС самостоятельным водоводом, так как в этом случае обеспечивается централизованный (в КНС) индивидуальный замер поглотительной способности каждой скважины, возможность группировки скважин по давлениям нагнетания и раздельного нагнетания, а также более неза­висимая работа нагнетательных скважин и системы в целом в случаях прорывов водоводов.

Водоводы, идущие от КНС к нагнетательным скважинам, работа­ют под очень высоким давлением, достигающим 25 МПа, изготавлива­ются из труб диаметром 89 или 102 мм и укладываются в траншеи на глубину ниже глубины промерзания. Расход жидкости замеряется цен­трализованно на распределительной гребенке внутри КНС с помощью диафрагменных счетчиков высокого давления.

Поскольку расход воды на каждую скважину и давление нагнета­ния достаточно стабилен, то отпадает необходимость в постоянном из­мерении этих величин. Поэтому регистрирующий прибор – расходомер может быть установлен один. Он поочередно может быть подключен к измерительной диафрагме (измеряется перепад давлении при прохож­дении жидкости через диафрагму) во фланцевом соединении каждого водовода.     

Кустовые насосные станции в зависимости от конструктивного исполнения подразделяются на блочные кустовые (БKНC), оборудова­ние которых монтируют в специальных блок-боксах на  заводах-изготовителях, и кустовые (КНС), технологическое оборудование, которых монтируют в капитальных сооружениях.      

Процесс монтажа БКНС сводится к выполнению Следующих строительно-монтажных работ:

- прокладка инженерных коммуникаций;

- подготовка свайных оснований;

- монтаж блоков на подготовленные основания и стыковка бло­ков;

- монтаж щитов электроаппаратуры, приборов КИП и А;

- подключение к внешним коммуникациям;

- наладка и контрольные испытания.

На площадке БКНС предусмотрена прокладка следующих трубо­проводов:

- для перекачки воды поверхностных или подъемных источни­ков, очищенных нефтепромысловых сточных вод;

- для охлаждения воды и масла системы охлаждения;     

- для слива воды из системы охлаждения;      

- напорного трубопровода дренажной системы;     

- для сброса воды в амбар.     

На монтажной площадке блоки стыкуются последовательно друг с другом, образуя при этом единое здание насосной станции₎ разделен­ное на два помещения - машинный зал и операторную комнату.

При использовании вод с содержанием попутного газа до 1,0...1,5 м³/м³ при КНС (БКНС) строится узел сепарации газа 2..4 емкостями (сепараторами) объемом по 50м³, смонтированными  металлической эстакаде, высотой от        6...10 м.

Пресная вода и очищенные нефтепромысловые сточные воды по низконапорным водоводам поступают на площадку КHC (БКНС) во всасывающий коллектор. Предпочтение дается схеме подачи разных типов вод в отдельные КНС. Типовая схема БКНС представлены на рис.2.1.

Из всасывающего коллектора с помощью насосов ЦНС вода посту­пает в распределительный напорный коллектор и через БГ по высоко­напорным водоводам направляется к нагнетательным скважинам.

БКНС состоит из следующих блоков:

1) насосный блок (количество - от 1 до 4);

2) блок низковольтной аппаратуры (количество 1);

3) блок напорной гребенки (количество 1 или 2);

4) блок дренажных насосов (количество 1);

5) блок распределительного устройства РУ (количество - 1);

6) резервуар сточных вод (количество - 0 или 1).

Насосный блок предназначен для подачи воды под давлением в на­порную линию системы ППД. Используются многоступенчатые секци­онные центробежные насосы типа ЦНС 180 или ЦНС 500 с приводом от синхронных электродвигателей серии СТД со статическим возбуж­дением или от асинхронных электродвигателей серии АРМ.      

Насосный блок состоит из следующих элементов:

- центробежного насоса ЦНС;

- электродвигателя СТД;

- маслоустановки насосного агрегата;

- поста местного управления насосным агрегатом с кнопкой ава­рийной остановки;

- трубопроводов технологической воды и подпора сальников;

- дренажных трубопроводов;

- короба и трубы электропроводов;

- запорно-регулирующей арматуры;

- осевого вентилятора с электроприводом.

1, 2, 7 - шкафы соответственно трансформаторные, вводы кабеля и управле­ния дренажными насосами; 3 - станция управления;                                         4 - распределительное устройство низковольтное; 5, 6 - щиты приборный и общестанционный; 8, 13, 23 - насосы 1СЦВ, ЦНСК и ЦНС180;                            9,11,21 - клапаны соответствен­но обратный, обратный подъемный и обратный; 10, 19, 26, 28 - вентили соот­ветственно запорный, электромагнитный, регулирующий угловой; 12,14,16,17, 20 - задвижки 3KЛ и электроприводная; 15 - фильтр; 18 - мас­лоохладитель; 22 - бак масляный; 24 - муфта зубчатая;             25 - электродвига­тель; 27 - диафрагма; I - насосные блоки; II - блок дренажных насосов; III - блок низковольтной аппаратуры и управления;               IV - блок напорных гре­бенок; V - распределительное устройство РУ-6(10) кВ; VI - трансформатор­ная комплектная подстанция КТПН66-160/6КК;                         VII - резервуар сточных вод

Рисунок 2.1 - Типовая технологическая схема БКНС

На приемной линии насоса установлены сетчатый фильтр и задвиж­ка с ручным управлением, на нагнетательной линии - обратный клапан и электроприводная задвижка.       

Блок низковольтной аппаратуры предназначен для размещения электротехнического оборудования, приема и распределения электро­энергии напряжением 380/220 В, размещения средств КИП и А и ава­рийно-предупредительной сигнализации. Блок разделен на две секции контроля и управления насосной станцией и низковольтной аппара­турой.

КНС в капитальных сооружениях от БКНС отличаются только тем, что их оборудование монтируется в здании каркасно-панельного ис­полнения и монтируется дополнительно кран-балка для выполнения погрузочно-разгрузочных работ при замене насосов ЦНС-180, элект­родвигателей типа СТД и другого оборудования. КНС состоит из трех помещений:

- машинный зал, где монтируются основные насосные агрегаты, технологические трубопроводы с запорно-регулирующей ар­матурой, напорная гребенка, дренажная система, система смаз­ки насосных агрегатов, посты местного управления насосными агрегатами, короба и трубы электропроводов;

- операторная, где монтируется низковольтная аппаратура, аппаратура контроля и управления насосной станцией;

- помещение высоковольтной аппаратуры напряжением до 6 кВ, щит станции управления (СУ) и вспомогательное оборудова­ние дежурного электрического отопления.

В случае применения для ППД индивидуальных насосных станций, устанавливаемых непосредственно вблизи нагнетательных скважин, при­меняют высоконапорные установки ЭЦН (скважинного варианта испол­нения), если суммарный объем закачки воды не превышает 2500 м³/сут.   

Схема закачки в данном случае предусматривается как «скважина-скважина» - то есть вода из водозаборной скважины без предвари­тельной подготовки посредством высоконапорных погружных насо­сов подается по системе водоводов в скважины системы ППД. Количе­ство скважин, подключаемых на одну высоконапорную установку, оп­ределяется следующими параметрами:

- производительностью насоса;

- приемистостью скважин.

Преимуществами применения высоконапорных погружных насо­сов в системе ППД являются:

Снижение металлоемкости оборудования, т.к. отпадает необ­ходимость строительства высоконапорных водоводов между кустами скважин. Как правило, на кустовой площадке бурятся водозаборные скважины, в которые спускаются установки фирмы REDA или отечественные УЭЦН5А-500-1500. Водоза­борная скважина через распределительное устройство обвязы­вается с нагнетательными скважинами.

1. Возможность закачки вод водоносных горизонтов, содержа­щих газ, без сепарации газа.

2. Возможность поддерживать пластовое давление с начала раз­работки новых месторождений.  

Число насосных станций на месторождении и их размещение опре­деляются расстоянием между нагнетательными скважинами, их при­емистостью, давлением закачки воды в пласт и особенностями профи­ля местности. Число устанавливаемых насосов и их суммарная подача должны соответствовать заданным объемам закачки воды под соот­ветствующим давлением (проектным документам). Наряду с насосны­ми станциями, построенными как отдельные самостоятельные соору­жения, в настоящее время широко применяются блочные кустовые на­сосные станции - БКНС.

Расчетными нормативными параметрами БКНС служат: наружная температура ±40°С. снеговая нагрузка 200 Па, нормативная ветровая нагрузка 55 Па, нагрузка на грунт 0,005 МПа, грунты - в основном непучинистые, непросадочные, территория без подработки горными выработками, сейсмичность не более 6 баллов.     

Блочные кустовые насосные станции делятся на группы:

- с замкнутым циклом вентиляции двигателя;

- с разомкнутым циклом вентиляции двигателя.

Для закачки морских или нефтепромысловых очищенных сточных вод предназначены БКНС с замкнутым циклом вентиляции, а для вод поверхностных, подземных источников, не содержащих агрессивных примесей, - БКНС с разомкнутым циклом вентиляции. Каждый вари­ант станции отличается числом насосных блоков, блоков напорных гребенок и, в свою очередь, делится на станции с принудительной смазкой насосных агрегатов и станции с насосными агрегатами на консистентной смазке подшипников и агрегатов.     

Обогрев машинного зала, составленного из состыкованных насос­ных блоков и блоков дренажных насосов, осуществляется теплотой, выделяющейся при работе двигателей. При отрицательной температу­ре наружного воздуха на время остановки насосных агрегатов предус­мотрен наружный обогрев мест подключения трубопроводов гибкими электронагревательными лентами типа ЭНГЛ-180. Освещение БКНС естественное и электрическое от сети напряжением 220 В и ремонтное от сети напряжением 36 В. Напряжение в сети основного электрообо­рудования 6 или 10 кВ, вспомогательных устройств - 380 и 220 В.     

Габариты всех блоков 10000x3200x3260 мм. Насосный блок (НБ) обеспечивает нагнетание воды в скважины системы поддержания пласто­вого давления. Технологическое оборудование насосного блока включа­ет центробежные насосы ЦНС-180, синхронные или асинхронные элект­родвигатели, маслоустановки при давлении нагнетания свыше 9,5 МПа, трубопроводы (технологическая вода) и системы охлаждения с запорной и регулирующей арматурой, пост местного управления насосными агре­гатами, манометровую колонку и аварийный останов агрегата.     

Система охлаждения обеспечивает подвод охлаждающей пресной воды к маслоохладителю, воздухоохладителям двигателей с ЗЦВ. В насосных блоках с давлением на выкиде менее 9,5 МПа вода исполь­зуется для охлаждения консистентной смазки подшипников насосно­го агрегата. При падении давления воды перед патрубком насоса до 0,06 МПа она используется для подпора концевых уплотнений насоса.     

Трубная обвязка системы охлаждения воды оснащена вентилями с электромагнитным приводом. Переключение осуществляется датчика­ми, установленными за пределами блока при давлении на входе насо­са менее 0,1 МПа. Протечки технологической воды от концевых уплот­нений собираются в дренажный бак, установленный в блоке дренаж­ных насосов. Протечки от гидропяты насоса, давление которых дости­гает 3 МПа, подаются в приемный трубопровод.     

В блоке дренажных насосов БД устанавливаются два насоса ЦНСК-60/264 для откачки из резервуара сточных вод во всасывающий трубопровод насоса и два дренажных насоса для откачки протечек тех­нологической воды из дренажного бака в резервуар сточных вод.

Включение дренажных насосов автоматическое, по сигналу датчи­ков, установленных в дренажном баке. На пульте установлены кнопки управления насосами и датчик температуры машинного зала. При тем­пературе в машинном зале ниже 10°С включается электрическое отоп­ление машинного зала.

Блок напорной гребенки БГ обеспечивает распределение, измере­ние расхода и давления технологической воды, подаваемой на скважи­ны в систему поддержания пластового давления. В блоке напорной гребенки установлены блок трубопроводов, блок дифманометров-расходомеров, площадки для обслуживания, элементы вентиляции, отоп­ления и пульт управления.     

Блок трубопроводов имеет распределительный коллектор с угловы­ми регулирующими вентилями, высоконапорные водоводы с диафраг­мой высокого давления, сборный коллектор с запорными вентилями.

Дифманометры - расходомеры различного типа с часовым механиз­мом привода диаграммы устанавливаются на БКНС для эксплуатации с давлением на выкиде ниже и выше 15 МПа. Изменение расхода техноло­гической воды осуществляется регулирующими вентилями, установлен­ными на распределительном коллекторе. Отопление блока осуществля­ется тремя маслозаполненными печами мощностью по 2 кВт. Включение двух печей отопления автоматическое при уменьшении температуры до 5 °С, третья печь подключена на постоянный режим работы.

Помещение и установленное оборудование в блоке соответствуют требованиям по классу взрыво- и пожароопасности   В-16.    

Блок низковольтной аппаратуры и управления БА позволяет экс­плуатировать БКНС без постоянного присутствия обслуживающего персонала с обеспечением управления, контроля работы и защиты БКНС. Срабатывание защиты и остановка насосного агрегата проис­ходят при перегреве подшипников и воды выше 70°С, при падении давления масла, смазки и технологической воды на входе насоса ниже 0,05 МПа, при срабатывании защиты электрозадвижки.

 

Водоводы системы ППД

Промысловые трубопроводы классифицируют по нескольким при­знакам.

По назначению трубопроводов различают:

- выкидные линии - транспортируют продукцию скважин от устья до ГЗУ;

- нефтегазосборные коллекторы - расположены от ГЗУ до ДНС;

- нефтесборные коллекторы - расположены от ДНС до центрально­го пункта сбора (ЦПС);     

- газосборные коллекторы - транспортируют газ от пункта сепара­ции до компрессорной станции;      

- водоводы - предназначены для транспортирования воды от водо­заборных сооружений до устья нагнетательных скважин.

По величине напора:

- высоконапорные - выше 2,5 МПа;

- средненапорные - 1,6...2,5 МПа;        

- низконапорные - до 1,6 МПа;    

- безнапорные (самотечные).

Самотечным называется трубопровод, перемещение жидкости в ко­тором происходит только за счет сил тяжести. Если при этом жидкость и газ движутся раздельно, то такой трубопровод называют свободно-самотечным, а при отсутствии газовой фазы - напорно-самотечным.   

По типу укладки на территории месторождения:

- подземные;      

- наземные;

- подвесные;       

- подводные.

По гидравлической схеме:   

- простые, то есть не имеющие ответвлений;

-  сложные - имеющие ответвления или переменный по длине расход, вставку другого диаметра, параллельный участок, а также кольце­вые.

По характеру заполнения сечения:

- трубопроводы с полным заполнением сечения трубы жидкостью;

- трубопроводы с неполным заполнением сечения.

Полное заполнение сечения трубы жидкостью обычно бывает в на­порных трубопроводах, а неполное может быть как в напорных, так в безнапорных трубопроводах. С полным заполнением сечения жидко­стью чаще бывают нефтепроводы, транспортирующие товарную нефть и водоводы, реже - выкидные линии скважин.    

Трубопроводы от КНС к водораспределительным пунктам и нагне­тательным скважинам сооружают из безшовных стальных труб:

- горячекатанных по ГОСТ 8731-87 и ГОСТ 8732-78;

- холоднотянутых по ГОСТ 8733-87 и ГОСТ 8734-75. Применяются также бесшовные стальные трубы с различными за­щитными покрытиями на их внутренней поверхности.

Общая протяженность водоводов на месторождении составляет не­сколько десятков, а иногда сотни километров. Диаметр водовода оп­ределяется с учетом расхода воды, приемистости скважин, скорости движения воды и давления при перекачке воды. Расход воды на каж­дую нагнетательную скважину определяется исходя из требований проектных документов с учетом обеспечения максимальной полноты извлечения нефти.

К водоводу обычно подключают не более двух нагнетательных скважин с приемистостью выше 100 м³/сут. При меньшей приемистос­ти возможно подключение большего количества скважин.

Расчет промыслового водовода заключается в определении его прочностных характеристик для заданного объемного расхода и усло­вий перекачки воды. Толщина стенок труб водовода определяется с учетом максимального значения внутреннего рабочего давления и дав­ления испытания труб. Также учитывается сопротивление на разрыв и предел текучести материала труб при растяжении условия перекачки и характеристики рабочего агента. Давления испытания водоводов до­стигают величины 1,25 для подъемных водоводов и 1,40 от рабочего давления для водоводов внутри КНС.

С увеличением толщины стенки труб происходит уменьшение внут­реннего диаметра и увеличение гидравлически^ сопротивлений при пе­рекачке вод. Результатом этого может быть уменьшение давления на устье и приемистости скважины.     

Во избежание отложений в трубах твердых частиц средняя скорость движения жидкости в трубопроводе должна быть больше 0,5 м/с и, в то же время она не должна быть больше 2,5 м/с во избежание истирания труб песком. Таким образом, при перекачке жидкостей, загрязненных илистыми частицами и песком, величина диаметра трубы не должна выходить из пределов, ограниченных следующим условием:

 0,8×Q < d² < 4×Q,                                                                                    (2.1)

- где Q - в л/с; d - в дюймах.

При сооружении трубопроводов значительной протяженности сле­дует выбирать трубы диаметром, обеспечивающим наименьшую себе­стоимость перекачки единицы продукта. Для определения диаметра трубопровода производят несколько расчетов себестоимости перекач­ки жидкости через ряд труб смежных диаметров по заданным расходу и длине трубопровода и принимают диаметр, соответствующий мень­шей себестоимости.