Контакты
Главная / Гипсокартон

Шгн насос для нефтяной промышленность устройство. Оборудование установки штангового глубинного насоса (ушгн). Преимущества штанговых глубинных насосов

Общие сведения

Наиболее распространенный способ добычи нефти - применение штанговых скважинных насосных установок (Рис.1). Дебит скважин, оборудованных ШГН, составляет от нескольких сотен килограммов до нескольких десятков тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких сотен метров до 2000 метров (в отдельных случаях до 3000 м).

Оборудование ШСНУ включает:

Наземное оборудование.

Фонтанная арматура.

Обвязка устья скважины.

Станок-качалка.

Подземное оборудование.

Насосно-компрессорные трубы.

Насосные штанги.

Штанговый скважинный насос.

Различные защитные устройства (газовый или песочный якорь, фильтр и т.д.)

В скважине, оборудованной ШСНУ, подача жидкости осуществляется глубинным плунжерным насосом, который приводится в действие с помощью специального привода (станка-качалки) посредством колонны штанг. Станок-качалка преобразует вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение подвески штанг.

Станки-качалки - индивидуальный механический привод ШСН (табл.19).

Таблица 19

Станок-качалка

Число ходов

балансира в мин.

Масса, кг

Редуктор

СКД4-2,1-1400

СКД6-2,5-2800

СКД8-3,0-4000

СКД10-3,5-5600

СКД12-3,0-5600

В шифре станка - качалки типа СКД, например СКД78-3-4000, указано: буквы - станок качалка дезаксиальный, 8 - наибольшая допускаемая нагрузка Р max на головку балансира в точке подвеса штанг в тоннах (1т = 10 кН); 3 - наибольшая длина хода устьевого штока в м; 4000 - наибольший допускаемый крутящий момент М кр max на ведомом валу редуктора в кгс/м (1 кгс/м = 10 -2 кН·м).

Станок-качалка (рис.20) является индивидуальным приводом скважинного насоса.

Таблица 20

Станок-качалка

Длина устьевого штока, м

Число качаний балансира, мин

Мощность электро-двигателя, кВт

Масса, кг

СКС8-3,0-4000

ПНШ 60-2,1-25

Основными элементами СК является рама (21), стойка (8) с балансиром (13), два кривошипа (15) с двумя шатунами (14), редуктор (16), клиноременная передача (18), электродвигатель (19) и блок управления, который подключается к промысловой линии силовой электропередачи.

Рама выполнена из профилированного проката в виде двух полозьев, соединенных между собой поперечинами. На раме крепятся все основные узлы СК.

Стойка выполнена из профилированного проката четырехногой конструкции с поперечными связями.

Балансир состоит из дуговой головки (10) и тела балансира (13) одноблочной конструкции.

Опора балансира создает шарнирное соединение балансира с траверсой и шатунами.

Траверса предназначена для соединения балансира с двумя параллельно работающими шатунами.

Шатун представляет стальную трубную заготовку, которая с одного конца прижимается к пальцу, а с другого - шарнирно к траверсе.

Кривошип преобразует вращательное движение ведомого вала редуктора в вертикальное возвратно-поступательное движение колонны штанг.

Редуктор предназначен для уменьшения частоты вращения, передаваемой от электродвигателя кривошипам станка-качалки. Редуктор - двухступенчатый, с цилиндрической шевронной зубчатой передачей.

Тормоз (22) выполнен в виде двух колодок, крепящихся к редуктору.

Клиноременная передача соединяет электродвигатель и редуктор и состоит из клиновидных ремней, шкива редуктора и набора быстросменных шкивов.

Электродвигатель - асинхронный, трехфазный с повышенным пусковым моментом, короткозамкнутый, в закрытом исполнении.

Поворотная салазка (23) под электродвигатель служит для быстрой смены и натяжения клиновидных ремней.

Подвеска устьевого штока предназначена для соединения устьевого штока (7) с СК. Она состоит из канатной подвески (12) и верхних и нижних траверс (9).

Для герметизации устьевого штока фонтанная арматура оборудуется сальниковым устройством. Устьевой шток соединяется с помощью колонны штанг с плунжером глубинного штангового насоса.

Скважинные штанговые насосы (ОСТ 26-26-06-86) являются надежным и экономичным эксплуатационным оборудованием нефтяных скважин, широко применяемых для отбора пластовой жидкости (смеси нефти, воды и газа).

Показатели для нормальной работы штанговых насосов:

· температура перекачиваемой жидкости - не более 130 С

· обводненность перекачиваемой жидкости - не более 99%

· вязкость жидкости - не более 0,025 Па_с

· минерализация воды - до 10 мг/л

· максимальная концентрация механических примесей - до 1,3 г/л

· концентрация сероводорода - не более 50 мг/л

· водородный показатель попутной воды (рН) 4,2-8

Насос работает следующим образом. При ходе плунжера вверх в межклапанном пространстве цилиндра создается разрежение, за счет чего открывается всасывающий клапан (шарик поднимается с седла) и цилиндр заполняется при закрытом нагнетательном клапане. Последующим ходом плунжера вниз межклапанный объем сжимается, открывается нагнетательный клапан и поступившая в цилиндр жидкость перетекает в зону над плунжером при закрытом всасывающем клапане. Периодически совершаемые плунжером перемещения вверх и вниз обеспечивают откачку пластовой жидкости и нагнетание ее на земную поверхность.

Скважинные штанговые насосы представляют собой вертикальную одноступенчатую и одноплунжерную конструкцию одинарного действия с цельным неподвижным цилиндром, подвижным металлическим плунжером, нагнетательным и всасывающим клапанами.

· Детали насоса изготовлены из высоколегированных и специальных сталей и сплавов;

· Цилиндр насоса толстостенный с хромированным покрытием и азотированием 70 HRC, длина цилиндра 4200мм;

· Плунжер из углеродистой стали с хромированным покрытием и азотированием 67-71 HRC наружной поверхности;

· Непрямолинейность насоса 0,08мм на длине 1000мм;

· Шероховатость поверхности цилиндра и плунжера 0,2мкм;

· Клапанные пары из материала типа стеллит или карбид вольфрама;

· На нижней (внешней) стороне насоса нарезана трубная резьба для подвешивания «хвостовика» или дополнительного оборудования (фильтра, ГПЯ и т.п.)

· В верхней части насоса (не вставного) вкручивается патрубок длиной 0,5м с муфтой для работы с ключами и элеватором при спуске его в скважину.

ШГН выпускаются двух типов:

· Вставные

НВ1 - насос скважинный вставной с цельным цилиндром и верхней замковой опорой.

· Невставные (трубные)

НН2Б - насос скважинный не вставной с цельным цилиндром и сливным клапаном.

В настоящее время в основном применяются

· невставные насосы типа НН-2Б с условным размером (диаметром плунжера) 32, 44, 57и 68мм, а также

· вставные насосы НВ1Б -28, НВ1Б - 32, НВ1Б - 44 и НВ1Б - 57мм с верхней замковой опорой.

В условное обозначение входят:

тип насоса;

исполнение по цилиндру;

условный размер (диаметр плунжера) насоса;

ход плунжера в мм уменьшенный в 100 раз;

напор насоса в м уменьшенный в 100 раз;

группа посадки;

исполнение по стойкости к среде;

конструктивные особенности;

Примеры условных обозначений насоса:

НВ1БП - 44-18-12-2-И ОСТ26-16-06-86 - насос вставной, исполнением по цилиндру Б (толстостенный, безвтулочный, цельный), для эксплуатации с повышенным содержанием песка (более 1,3 г/л.), условным размером (диаметром) 44 мм, ходом плунжера 1800мм, напором 1200м, 2 группы посадки и износостойкий к агрессивной среде - И.


1 - замок; 2 - шток; 3 - упор; 4 - контргайка; 5 - клетка плунжера; 6 - цилиндр; 7 - плунжер; 8 - нагнетательный клапан; 9 - всасывающий клапан

НН2Б-57-30-12-1 ОСТ 26-16-06-86 - насос не вставной, исполнением по цилиндру Б (толстостенный, безвтулочный, цельный), условным размером (диаметром) 57мм, ходом плунжера 3000мм, напором 1200м, 1 группы посадки, нормального исполнения по стойкости к откачиваемой среде.

1 - цилиндр; 2 - шток; 3 - клетка плунжера; 4 - плунжер; 5 - нагнетательный клапан; 6 - шток ловителя; 7 - всасывающий клапан; 8 - седло конуса;

Штанговые насосы по ОСТ 26-16-06-86 соответствует СТ - СЭВ 4355-83, ГОСТ 6444-86.

Таблица №21.

Исполнение насоса

Условные размеры (мм)

Резьба штанг (мм)

Длина хода плунжера (мм)

44/28,57/32,70/44

Тип насосов:

НВ1 - вставные с замком наверху

НВ2 - вставные с замком внизу

НН - невставные без ловителя

НН1 - невставные с захватным штоком

НН2 - невставные с ловителем

Б - цилиндр насоса безвтулочный

С - цилиндр насоса с втулками

Классификация насосов по конструктивным особенностям - области применения.

Т - с полым (трубчатым) штоком, обеспечивающим подъем жидкости по каналу колонны полых штанг

А - с сцепляющим устройством (автосцепом) (только для НН) обеспечивающим сцеплением колонны штанг с плунжером насоса.

Д1 - одноступенчатые, двухплунжерные - обеспечивающие создание гидравлического тяжелого низа.

Д2 - двухступенчатые, двухплунжерные - обеспечивающие двухступенчатое сжатие откачиваемой жидкости

У - с разгруженным цилиндром (только для НН2) обеспечивающим снятие с цилиндра циклической нагрузки при работе.

В собранном насосе, плунжер смазанный веретенным маслом, должен плавно и без заеданий перемещаться по всей длине цилиндра в зависимости от группы посадки, указанной в таблице №22.

Усилие перемещения плунжера в цилиндре насоса (максимальное)

Таблица №22.

Посадка плунжера в цилиндре насоса характеризуется предельными величинами зазоров (на диаметр) между плунжером и цилиндром. В зависимости от предельных величин зазоров насосы выпускаются следующих групп посадки:

«0» группа - до 0,045мм.

«1» группа - от 0,020 до 0,070мм

«2» группа - от 0,070 до 0,120мм

«3» группа - от 0,120 до 0,170мм

Группы посадки плунжера в цилиндре насоса по стандарту АРI (Американский нефтяной институт).

Таблица №23.

Группа посадки

Диапазон зазора (мм).

Входной контроль штанговых насосов

При поступлении ШГН в НГДУ насосы проходят входной контроль. Входной контроль осуществляет служба главного механика.

Проверка качества и комплектности

· Проверка качества и комплектности проводится в цехе по ремонту ШГН после передачи их от НГДУ в ООО «Нефтепромремонт» согласно акту передачи.

· Проверка качества и комплектности насосов проводится компетентными специалистами ООО «НПР», при необходимости в присутствии представителя НГДУ (владельца ШГН) и представителя завода изготовителя (при обнаружении серьезных дефектов) с составлением соответствующего двухстороннего акта.

· Допускается осуществлять приемку насосов по качеству в одностороннем порядке при согласии на это завода-изготовителя.

· В день окончания приемки насосов составляется акт, который подписывается всеми лицами участвовавшими в проверке качества. К акту прилагается копия накладной. Акт утверждается главным инженером ООО «НПР».

· При контроле качества ШГН на внешние дефекты сверяется номер, указанный в паспорте с фактическим, выбитым на переводнике втулочного цилиндра и на расточке цельного - безвтулочного цилиндра. В случае отсутствия заводского паспорта фиксируется фактический номер насоса.

Насосы бракуются в следующих случаях:

· в случае не прохождения плунжера в цилиндр (для не вставных насосов), соединенного с патрубком из НКТ длиной не менее 1200мм;

· в случае несовпадения номера плунжера и его размера, указанного в паспорте с фактическим, при несовпадении номера, но совпадении размера плунжера в эксплуатационный паспорт вносятся фактические данные;

· при нарушении целостности покрытия хромировки (отслоения, риски, трещины и.п.);

· при обнаружении в насосе хотя бы одной детали бывшей в эксплуатации;

· при обнаружении искривления или погнутости цилиндра насоса;

· при обнаружении следов грубой обработки поверхностей цилиндра и плунжера после хромирования;

· Перед отправкой ШГН на скважину внешним осмотром поверяют основные узлы насоса и плавность хода плунжера в цилиндре.

· При наличии заклинки, рывков, стуков или невозможности прохождения плунжера по всей длине цилиндра насос бракуется.

· Во вставных насосах дополнительно проверяют состояние опорного конуса, качество сборки, крепление резьбовых соединений и качество посадочной поверхности замковой опоры. Плунжер вставного насоса извлекают для ревизии после отвинчивания упорного ниппеля.

· Герметичность цилиндра в сборе со всасывающим клапаном и плунжера с нагнетательным клапаном, для вставных насосов в сборе с замковой опорой, проверяется опрессовкой веретенным маслом при температуре 20 С на давление Р=150атм.

· После проверки комплектности и качества ШГН, в ООО «НПР» выписывается эксплуатационный паспорт насоса, куда заносятся данные о дате проверки, результатах опрессовки и комплектации.

Транспортировка ШГН на скважину

· На скважину штанговые насосы доставляются на промысловом самопогрузчике ПС-0,5, снабженном поворотным гидрокраном грузоподъемностью 5 тн или на любом другом транспортном средстве, обеспечивающем погрузку-разгрузку и транспортировку штанговых насосов без их изгиба. Чтобы предохранить насосы от засорения в концевые муфты необходимо устанавливать специальные резьбовые пробки (колпачки), у вставных насосов должна быть защищена от повреждений замковая опора.

· При транспортировке, ШГН устанавливаются на платформе транспортного средства в наклонном положении, закрепляются от возможного перемещения специальными хомутами с винтовыми зажимами.

· На скважине насос выгружается с применением универсальных стропов и захватов при помощи крана и укладывается на чистое горизонтальное место на 3-4 деревянных прокладки или на мостки. Скатывать насос с платформы на землю, укладывать его на трубы, штанги, устьевую арматуру или устанавливать в наклонном положении категорически запрещается.

· Поднятые из скважины насосы доставляются в ООО «НПР» также на транспортных средствах предназначенных для перевозки ШГН с жестким закреплением. Разборка насоса на скважине запрещается.

Организация работ при ремонте скважин оборудованных УШГН

Скважины оборудованные УШГН предаются в ремонт по заключению технологической службы нефтепромысла и на основании мероприятий о необходимости проведения подземного ремонта.

Основанием для подъема УШГН является снижение или прекращение подачи. Причина неисправности должна быть определена предварительно по данным динамограммы снятой перед подъемом и отмечена в эксплуатационном паспорте за подписью технолога нефтепромысла.

В графе причина отказа не допускается общая запись «нет подачи». Окончательное решение по смене ШГН принимает технолог ЦДНГ и отметкой в эксплуатационном паспорте. Бригада ПРС становится на скважину для подъема ШГН при наличии полностью заполненного эксплуатационного паспорта.

Необходимый порядок и объем работ на скважинах оборудованных УШГН формируется при составлении план-графика движения бригад подземного ремонта скважин НГДУ, на котором присутствуют представители служб и цехов НГДУ (ЦИТС, ПТО, ЦДНГ, ЦНИПР, ЦПРС).

План-график движения бригад ПРС (КРС) утверждается главным инженером НГДУ.

Для скважин из часторемонтируемого фонда (3 и более отказов УШГН за скользящий год) составляется отдельный план работ, который согласовывается нефтепромыслом, ЦПРС, ЛТТНД и при рассмотрении план-графика эти скважины включаются в движение бригад.

Объем работ определяется на основании

· изучения режима эксплуатации отказавшей УШГН,

· причин отказов предыдущих установок,

· характеристики скважин,

· вида работ (смена УШГН, ввод после бурения, перевод на ШГН)

· шаблонирование эксплуатационной колонны (при наличии затяжек, посадок в процессе СПО оборудования УШГН), спускать шаблон рекомендуется до глубины на 150м выше интервала перфорации, диаметр шаблона 120мм и длина 9м;

· скреперование эксплуатационной колонны (при затяжках и не прохождении шаблона при СПО, гидравлическим или механическим скрепером до глубины спуска шаблона, с последующей промывкой ствола скважины (проводится не реже одного раза в три года или при вводе из бездействия - более 3х лет;

Определение текущего забоя скважины производится по заявке нефтепромысла:

· после очистки забоя желонкой, промывки;

· после аварии, «полетов» УШГН на забой скважины;

· при частых отказах УШГН связанных с попаданием в насос песка, мехпримесей, АСПО;

· после работ по освоению пласта или работ по очистке призабойной зоны пласта;

Очистка забоя, промывка скважины:

· после проведения соляно-кислотных обработок, других обработок призабойной зоны;

· по результатам измерения текущего забоя скважины;

Технология ремонта скважин оборудованных УШГН

· Ремонт скважин оборудованных ШГН производят специализированные ремонтные бригады согласно плану работ и в соответствии с Правилами ведения ремонтных работ и других нормативных актов.

· Перед глушением скважины производится замер статического уровня Н ст и пластового давления Р пл. По результатам замера нефтепромысел принимает решение о глушении или ремонте без глушения (в соответствии с перечнем скважин согласованных с УЗСО ГГТН).

· Глушение скважин производится согласно действующей в ОАО «Томскнефть» ВНК инструкции по глушению скважин оборудованных УШГН.

Нефтепромысел несет ответственность за достоверность информации о подготовленности скважины к глушению.

· Результаты глушения оформляются актом с указанием типа жидкости глушения, ее объема, плотности, давления и циклов при глушении. Акт подписывается мастером по глушению, передается в бригаду ПРС и хранится вместе с пусковой документацией на ремонт скважины.

· Бригада приступает к ремонту скважины только при наличии плана работ (наряд-заказа), утвержденного и согласованного ЦДНГ и ЦПРС, а также полностью заполненного эксплуатационного паспорта на УШГН. Ответственным за качество заполнения паспорта является технолог нефтепромысла.

Перед ремонтом скважины необходимо провести следующие подготовительные работы:

§ закрепить специальным зажимом полированный шток;

§ демонтировать канатную подвеску;

§ откинуть головку балансира.

После проведения ремонтных работ на скважине бригада ТРС в присутствии представителя ЦДНГ должна вызвать подачу и опрессовать НКТ насосом с составлением акта о приемке скважины из ремонта. При герметичности НКТ и стабильной работе насоса станок - качалка запускается в работу.

§ Мастер бригады ПРС (КРС) заполняет эксплуатационный паспорт ШГН с указанием всех параметров компоновки спущенного подземного оборудования (диаметр НКТ, штанг и количество, наличие и количество центраторов, фильтра, ГПЯ и т.п.)

Акт о сдаче скважины из ремонта подписывается после 72 часов безотказной работы ШГН представителем нефтепромысла. Основанием для подписания акта о сдаче скважины из ремонта является замер дебита скважины и динамограмма, снятая после запуска скважины. К акту на ремонт скважины прилагается эксплуатационный паспорт ШГН, который должен хранится вместе с актом, и при последующем ремонте передаваться ЦПРС с заполнением данных о работе насоса.

Запуск скважин оборудованных УШГН

За 2 часа до запуска скважины, бригадой ТРС подтверждается заявка на вызов представителя нефтепромысла. Заявка передается диспетчеру или технологу нефтепромысла.

Прием скважин оборудованных УШГН из ремонта осуществляется круглосуточно. В первую смену мастером ЦПРС (КРС) и мастером нефтепромысла (или лицами их замещающими), во вторую смену старшим оператором ПРС и старшим оператором нефтепромысла.

Перед запуском скважины с УШГН проверить исправность наземного оборудования:

o на устьевой арматуре - обратный клапан и задвижки, патрубок эхолотирования со свободным доступом к нему, пробоотборный кран на выкидной линии и др.;

o работоспособность групповой замерной установки «Спутник»;

o герметичность насосно-компрессорных труб и СУСГ;

Запуск и вывод скважины на режим оборудованной УШГН осуществляется оператором по добыче нефти и газа.

Оператор по добыче нефти выполняет все необходимые операции с устьевой арматурой, коллектором, АГЗУ «Спутник», обеспечивает контроль за величиной подачи из скважины и передачу данных диспетчеру (технологу) нефтепромыслу.

Контроль за изменением уровня жидкости в затрубном пространстве и динамометрирование скважин производит оператор по исследованию или оператор добычи нефти (не реже одного раза в сутки замер Ндин, Рз, и динамометрирование).

Ответственность за вывод скважин на режим, своевременное отключение насосной установки при нештатных режимах, либо запуск при неготовности оборудования (неисправность АГЗУ «Спутник», негерметичность задвижек, обратного клапана на затрубье и др.) несет технологическая служба нефтепромысла и мастер бригады добычи. Решение о способе вывода на режим или остановке насоса для устранения выявленных неполадок принимает ведущий технолог нефтепромысла.

· Перед опрессовкой скважины определить подачу, собрать устьевой сальник (СУСГ) с полированным штоком, на манифольдную линию установить манометр (шкала не более 100 атм.).

· Возвратно-поступательным качанием штанг при помощи подъемного агрегата поднять давление на манифольдной линии по манометру - 30атм.

· Проследить падение давления на манометре при открытой затрубной задвижке.

УШГН считается годной к эксплуатации, если при опрессовке насос поднимает давление до 30 атм. и при остановке качания падение давления не превышает 5 атм. за 15 минут. При этом в нижнем сальнике и соединениях фонтанной арматуры пропусков газа и жидкости не должно быть.

· После опрессовки полированный шток соединяется с подвесной траверсой и станок - качалка запускается в работу.

· В течение 2х часов после запуска, оператору по исследованию или оператору д/н необходимо замерить дебит скважины, уровень жидкости в затрубном пространстве и произвести динамометрирование. В случае низкой (высокой) посадки плунжера, удара верхней муфты штанг о СУСГ, бригада ПРС производит повторную подгонку посадки плунжера.

· Все документы по скважине подписываются мастером и технологом нефтепромысла после 72 часа безотказной работы подземного оборудования, при условии, что все замечания нефтепромысла, указанные при приемке скважины из ремонта, устранены.

При приемке скважины из ремонта к оборудованию ШСНУ и территории скважины предъявляются следующие требования:

При крайнем нижнем положении головки балансира расстояние между траверсой подвески сальникового штока или штангодержателем и устьевым сальником должно быть не более 200 мм.

Фланцевые соединения фонтанной арматуры и обвязки устья скважин должны быть герметичными и иметь полный комплект крепежа.

Устье скважины и территория скважины и оборудование ШГН должны быть очищены от замазученности, а территория куста скважин очищена от труб, штанг и оборудования, используемого при ремонте скважины.

Вывод скважин оборудованных УШГН на режим

Целью операции по выводу скважины с УШГН на режим является обеспечение работоспособности насоса в начальный период ввода скважины в эксплуатацию после ремонта.

Перед запуском скважины оборудованной УШГН

· проверить готовность наземного оборудования,

· замерить статический уровень и

· запустить установку.

В эксплуатационном паспорте отметить время появления подачи.

Замерить подачу скважины (Qж) с помощью АГЗУ «Спутник», сопоставить ее с теоретической производительностью спущенного насоса; затем снимается динамограмма и отбирается проба жидкости.

В начальный период после запуска УШГН осуществляется регулярный контроль за величиной подачи и темпом снижения динамического уровня. Не допускается откачка уровня ниже, чем 200м над приемом насоса.

При выводе скважины на режим периодичность замеров Н дин. и Q ж должна определяться технологической службой для каждой скважины индивидуально.

Величина динамического уровня в скважине и работоспособность УШГН определяется с помощью эхолота и динамографа.

В зимнее время, в случаях длительной остановки скважины на приток должны быть предусмотрены меры от замораживания коллектора.

Время вывода на режим определяется для каждой скважины индивидуально.

Скважина считается выведенной на режим, если результаты 3х измерений динамического уровня выполненные с интервалом не менее 1 часа близки по значению при постоянной производительности.

Исполнителю работ по выводу на режим скважины с УШГН (оператору добычи или оператору по исследованию) ежесменно передавать информацию диспетчеру нефтепромысла.

После вывода на режим скважины с УШГН через 1 сутки выполнить

· замер динамического уровня Н дин.,

· производительность скважины Q ж,

· отбор проб жидкости на обводненность продукции и на содержание мех. примесей,

· снять динамограмму.

Заполнить соответствующие графы эксплуатационного паспорта на УШГН по выводу ее на режим при необходимости с приложением подтверждающих документов (динамограммы, результатами замеров и пр.).

Эксплуатация скважин с УШГН

· После вывода скважины на установившийся режим, нефтепромысел дает заявку на производство работ по доуравновешиванию станка-качалки.

· В течение двух суток с момента запуска УШГН, нефтепромысел осуществляет контроль за ее работой. В дальнейшем контроль за работой скважины производится динамометрированием, замерами дебита жидкости, устьевых давлений и динамического уровня.

· В течение первых двух недель работы УШГН, нефтепромысел проводит комплекс исследований на скважине с целью определения оптимального режима работы спущенного насоса.

· Любое изменение режимов работы скважины оборудованной УШГН должно быть обосновано расчетами. Ответственным за своевременное проведение расчетов и систематическое внесение изменений режима работы УШГН является технолог нефтепромысла.

Постоянно действующая комиссия по расследованию преждевременных отказов УШГН производит расследования причин отказов насосов с наработкой до 100 суток.

Периодичность контроля за работой скважин с УШГН

Таблица №24

Контролируемый параметр

Метод контроля

Периодичность контроля

1. Нагрузки на штанги и подача

Динамометрирование

После запуска скв.и выводе на режим

При изменении режима работы

Перед ПРС

Текущий контроль не менее 2 раз в месяц.

Замер дебита жидкости с одно-

временной отбивкой уровня.

По счетчикам АГЗУ и

волномерам.

После запуска и вывода на режим скв.

При изменении режима работы.

Перед ПРС.

Отбор проб жидкости на

обводненность (%)

После вывода скв. на режим.

При изменении режима работы.

Текущий контроль не менее 1 раза в месяц.

4. Отбор проб на КВЧ

После запуска и вывода скв.на режим.

4.2. Текущий контроль не менее 1 раза в месяц.

Данные эксплуатации должны своевременно заноситься в эксплуатационный паспорт УШГН, ответственным за заполнение паспорта является технолог нефтепромысла.

Штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ) предназ­начены для подъема пластовой жидкости из скважины на дневную поверхность.

Свыше 70% действующего фонда скважин оснащены глубинны­ми скважинными насосами. С их помощью добывается в стране око­ло 30% нефти.

В настоящее время ШСНУ, как правило, применяют на скважи­нах с дебитом до 30...40 м 3 жидкости в сутки, реже до 50 м 3 при сред­них глубинах подвески 1000... 1500 м. В неглубоких скважинах уста­новка обеспечивает подъем жидкости до 200 м 3 /сут.

В отдельных случаях может применяться подвеска насоса на глу­бину до 3000 м.

Привод предназначен для преобразования энергии двигателя в возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг.

Штанговая скважинная насосная установка включает:

а) наземное оборудование - станок-качалка (СК), оборудование устья, блок управления;

б) подземное оборудование - насосно-компрессорные трубы (НКТ), штанги насосные (ШН), штанговый скважинный насос (ШСН) и различные защитные устройства, улучшающие работу установки в осложненных условиях.

Рис. 1. Штанговая скважинная насосная установка:

1 - фундамент; 2 - рама; 3 - электродвигатель; 4 - цилиндр; 5 - кривошип; б - груз; 7 - шатун; 8 - груз; 9 - стойка; 10 - балансир; 11 - механизм фиксации головки балансира; 12 - головка балансира; 13 - канатная подвеска; 14 - полированная штанга;

15 - оборудование устья скважины; 16 - обсадная колонна; 17 - насосно- компрессорные трубы; 18 - колонна штанг; 19 - глубинный насос; 20 - газовый якорь; 21 - уплотнение полированной штанги; 22 - муфта трубная; 23 - муфта штанговая; 24 - цилиндр глубинного насоса; 25 - плунжер насоса; 26 - нагнетательный клапан; 27 - всасывающий клапан.

В скважину на колонне НКТ под уровень жидкости спускают цилиндр насоса. Затем на насосных штангах внутрь НКТ спускают поршень (плунжер), который устанавливают в цилиндр насоса. Плунжер имеет один или два клапана, открывающихся только вверх, называемых выкидными. Верхний конец штанг крепится к головке балансира станка-качалки. Для направления жидкости из НКТ в нефтепровод и предотвращения ее разлива на устье скважины устанавливают тройник и выше него сальник, через который пропускают сальниковый шток.

Верхняя штанга , называемая полированным штоком, пропускается через сальник и соединяется с головкой балансира станка-качалки с помощью канатной подвески и траверсы.

Плунжерный насос приводится в действие от станка-качалки, где вращательное движение, получаемое от двигателя при помощи редуктора, кривошипно-шатунного механизма и балансира, преобразуется в возвратно-поступательное движение, передаваемое плунжеру штангового насоса через колонну штанг.



При ходе плунжера вверх под ним снижается давление, и жидкость из межтрубного пространства через открытый всасывающий клапан поступает в цилиндр насоса.

При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и жидкость из цилиндра переходит в подъёмные трубы. При непрерывной работе насоса уровень жидкости в НКТ повышается, жидкость доходит до устья скважины и через тройник переливается в выкидную линию.

Приводы ПО «Уралтрансмаш»

Условное обозначение приводов на примере ПШГНТ4-1,5-1400:

ПШГН – привод штанговых глубинных насосов;

Т – редуктор установлен на тумбе;

1,5 – наибольшая длина хода устьевого штока 1,5 м;

1400 – наибольший допустимый крутящий момент на ведомом валу редуктора;

Лекция № 2. Подземное оборудование ШНУ

Назначение, типы, конструкция и маркировка скважинных

Штанговых насосов.

Скважинные штанговые насосы предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости обводненностью до 99%, температу­рой до 130°С, содержанием сероводорода не более 50мг/л, минера­лизацией воды не более 10г/л.

Скважинные насосы имеют вертикальную конструкцию одинар­ного действия с неподвижным цилиндром, подвижным металличес­ким плунжером и шариковыми клапанами. Насосы изготавливают следующих типов:

1) НВ1 - вставные с замком наверху;

2) НВ2 - вставные с замком внизу;

3) НН - невставные без ловителя;

4) НН1 - невставные с захватным штоком;

5) НН2 - невставные с ловителем

Рис. 2. Насосы скважинные невставные
Цилиндр невставного (трубно­го) скважинного насоса (см. рис.2) присоединяется к колонне НКТ и вместе с ней спускается в скважину. Плунжер НСН вводится через НКТ в цилиндр вместе с под­вешенным к нему всасывающим кла­паном на насосных штангах. Чтобы не повредить плунжер при спуске, его диаметр принимают меньшим внутреннего диаметра НКТ пример­но на 6 мм. Применение НСН целе­сообразно в скважинах с большим де­битом, небольшой глубиной спуска и большим межремонтным перио­дом. Для смены насоса (цилиндра) не­обходимо извлекать штанги и трубы.

Насос НН1 состоит из цилиндра, плунжера, нагнетательного и всасы­вающего клапанов. В верхней части плунжера размещается нагнетатель­ный клапан и шток с переводником под штанги.

К нижнему концу плунжера с по­мощью наконечника на захватном штоке свободно подвешивается вса­сывающий клапан. При работе клапан сажается в седло корпуса. Подвешивать всасывающий клапан к плун­жеру необходимо для слива жидкости из НКТ перед их подъемом, а также для замены клапана без подъема НКТ. Наличие захватного штока внутри плунжера ограничивает длину его хода, которая в на­сосах НН1 не превышает 0,9 м.

В насосе НН2С в отличие от насоса НН1 нагнетательный клапан установлен на нижнем конце плунжера. Для извлечения всасываю­щего клапана без подъема НКТ используется ловитель (байонетный замок), который крепится к седлу нагнетательного клапана. Ловитель имеет две фигурные канавки для зацепления. В клетку всасывающе­го клапана ввинчен шпиндель (укороченный шток) с двумя утолщен­ными шпильками. После посадки всасывающего клапана в седло кор­пуса поворотом колонны штанг на 1-2 оборота против часовой стрел­ки добиваются того, что шпильки шпинделя скользят по канавкам ловителя и всасывающий клапан отсоединяется от плунжера. Захват осуществляется после посадки плунжера на шпиндель при повороте колонны штанг по часовой стрелке.

Насос ННБА позволяет осуществлять форсированный отбор жид­кости из скважин через НКТ, диаметр которых меньше диаметра плун­жера.

Это достигнуто особой конструкцией его - наличием автосцепа, включающего сцеп и захват, и сливного устройства. Насос в собран­ном виде без сцепа спускается в скважину на НКТ. Затем на штангах спускается сцеп с мерным штоком. Сцеп проталкивает золотник слив­ного устройства вниз и сцепляется с захватом, закрепленным на плун­жере, при этом сливное отверстие закрывается. При подъеме насоса следует поднять колонну штанг. При этом захват проталкивает зо­лотник вверх, открывая сливное отверстие. После этого сцеп отделя­ется от захвата и колонна штанг свободно поднимается.

Цилиндр вставного насоса (см. рис. 3) спускается внутри труб на колонне штанг и монтируется на них с помощью специального зам­кового соединения. Это позволяет менять вставной насос без спуска и подъема труб. Но при одинаковых диаметрах плунжеров вставной насос требует применения НКТ большего диаметра.

Скважинные насосы исполнения НВ1С предназначены для отка­чивания из нефтяных скважин маловязкой жидкости.

Насос состоит из составного цилиндра на нижний конец которо­го навернут сдвоенный всасывающий клапан, а на верхний конец - замок плунжера, подвижно расположенного внутри цилиндра, на резь­бовые концы которого навинчены: снизу сдвоенный нагнетательный клапан, а сверху - клетка плунжера. Для присоединения плунжера к колонне насосных штанг насос снабжен штоком, навинченным на клетку плунжера и закрепленным контргайкой. В расточке верхнего переводника цилиндра располо­жен упор, упираясь на который, плунжер обеспечивает срыв скважинного насоса с опоры.

Скважинные насосы испол­нения НВ1Б. Это насосы, по на­значению, конструктивному ис­полнению, принципу работы аналогичны насосам исполнения НВ1С и отличаются от них толь­ко тем, что в качестве цилиндра использованы цельные цилинд­ры исполнения ЦБ, характеризу­ющиеся повышенной прочнос­тью, износостойкостью и транс­портабельностью по сравнению с цилиндрами исполнения ЦС.

Скважинные насосы испол­нения НВ2 имеют область при­менения аналогичную области применения скважинных насо­сов исполнения НВ1, однако мо­гут быть спущены в скважины на большую глубину.

Рис. 3. Насосы скважинные вставные
Конструктивно скважинные насосы состоят из цилиндра с всасывающим клапаном, на­винченным на нижний конец.

На всасывающий клапан навинчен упорный ниппель с конусом. На верхнем конце цилиндра располо­жен защитный клапан, предотвращающий осаждение песка в цилин­дре при остановке насоса.

Внутри цилиндра подвижно установлен плунжер с нагнетатель­ным клапаном на нижнем конце и клеткой плунжера на верхнем кон­це. Для присоединения плунжера насоса к колонне насосных штанг насос снабжен штоком, навинченным на клетку плунжера и законт­ренным контргайкой.

В расточке верхнего конца цилиндра расположен упор.

Насос спускается в колонну насосно-компрессорных труб на ко­лонне насосных штанг и закрепляется в опоре нижней частью при помощи ниппеля упорного с конусом. Такое закрепление насоса позволяет разгрузить от пульсирующих нагрузок.

Это обстоятельство обеспечивает применение его на больших глубинах скважин.

Цилиндры скважинных насосов выпускают в двух исполнениях:

® ЦБ - цельный (безвтулочный), толстостенный;

® ЦС - составной (втулочный).

Цилиндр втулочного насоса состоит из кожуха, в котором разме­щены втулки. Фиксация втулок в кожухе обеспечивается гайками.

Втулки подвергаются воздействию переменного внутреннего гид­равлического давления, обусловленного столбом откачиваемой жид­кости, и постоянного усилия, возникающего в результате торцевого обжатия рабочих втулок. Втулки всех насосов при различных внут­ренних диаметрах имеют одинаковую длину - по 300 мм.

Втулки всех насосов изготавливают трех типов: легированные из стали марки 38ХМЮА, стальные из стали марок 45 и 40Х, чугунные марки СЧ26-48.

Легированные втулки изготавливают только тонкостенными, стальные - тонкостенные, с увеличенной толщиной стенки и толсто­стенные, чугунные - толстостенные.

Для увеличения долговечности внутреннюю поверхность втулок упрочняют физико-термическими методами: чугунные - закалива­ют токами высокой частоты, стальные азотируют, цементируют, нит­рируют. В результате этой обработки твердость поверхностного слоя составляет до 80 HRc.

Механическая обработка втулок заключается в шлифовании и хонинговании. Основные требования к механической обработке - высокий класс точности и чистоты внутренней поверхности, а также перпендикулярность торцов к оси втулок.

Макрогеометрические отклонения внутреннего диаметра втулки должны быть не более 0,03 мм. Плоскостность торцевых поверхнос­тей должна обеспечивать равномерное непрерывное пятно по краске не менее 2/3 толщины стенок втулки.

Цельнотянутые цилиндры представляют собой длинную сталь­ную трубу, внутренняя поверхность которой рабочая. Труба при этом играет роль и цилиндра и кожуха одновременно. Подобная конструк­ция лишена таких недостатков, как негерметичность между торцами рабочих втулок, искривление оси цилиндра. При этом увеличивает­ся жесткость насоса и создается возможность использовать плунжер большого диаметра при одинаковом по сравнению с втулочным на­сосом наружном диаметре.

Плунжер глубинного насоса представляет собой стальную трубу с внутренней резьбой на концах. Для всех насосов длина плунжера постоянна и составляет 1200 мм. Их изготавливают из стали 45, 40Х или 38ХМЮА. По способу уплотнения зазора цилиндр – плунжер различают полностью металлические и гуммированные плунжеры. В паре металлический плунжер - цилиндр уплотнение создается нор­мированным зазором большой длины, в гуммированных - за счет манжет или колец, изготовленных из эластомера или пластмассы.

В настоящее время применяют плунжеры (рис. 4):

а) с гладкой поверхностью;

б) с кольцевыми канавками;

в) с винтовой канавкой;

г) с кольцевыми канавками, цилиндрической расточкой и скошен­ным концом в верхней части («пескобрей»);

д) манжетные плунжеры;

е) гуммированные плунжеры.

а - гладкий (исполнение Г); б - с кольцевыми канавками (исполнение К); в - с винтовой канавкой (исполнение В); г - типа «пескобрей» (исполнение П); д - манжетный, гуммированный плунжер; 1 - корпус плунжера; 2 - самоуплотняющееся резиновое кольцо; 3 - набухающие резиновые кольца.

Насосные штанги

Штанги насосные предназначены для передачи возвратно-поступательного движения плунжеру насоса (рис. 5). Изготавливаются в основном из легированных сталей круглого сечения диаметром 16, 19, 22, 25 мм, длиной 8000 мм и укороченные – 1000, 1200, 1500, 2000 и 3000 мм как для нормальных, так и для коррозионных условий эксплуатации.

Рис. 5 – Насосная штанга

Шифр штанг – ШН-22 обозначает: штанга насосная диаметром 22 мм. Марка сталей – сталь 40, 20Н2М, 30ХМА, 15НЗМА и 15Х2НМФ с пределом текучести от 320 до 630 МПа. Насосные штанги применяются в виде колонн, составленных из отдельных штанг, соединенных посредством муфт.

Муфты штанговые выпускаются: соединительные типа МШ (рис. 6) – для соединения штанг одинакового размера и переводные типа МШП – для соединения штанг разного диаметра.

Для соединения штанг применяются муфты – МШ16, МШ19, МШ22, МШ25; цифра означает диаметр соединяемой штанги по телу (мм). АО «Очерский машиностроительный завод» изготавливает штанги насосные из одноосно-ориентированного стеклопластика с пределом прочности не менее 800 МПа. Концы (ниппели) штанг изготавливаются из сталей. Диаметры штанг 19, 22, 25 мм, длина 8000 – 11000 мм.

Рис. 6 – Соединительная муфта насосной штанги:

а – исполнение I; б – исполнение II

Преимущества: снижение веса штанг в 3 раза, снижение энергопотребления на 18 – 20 %, повышение коррозионной стойкости при повышенном содержании сероводорода и др. Применяются непрерывные штанги «Кород».

Значительную часть фонда нефтедобывающих скважин в мире составляют скважины, эксплуатируемые установками ШГН. Это вызвано тем, что многие скважины сразу после окончания бурения вводятся в эксплуатацию насосным способом, а также переводом в эксплуатацию ШГН фонтанирующих и оборудованных бесштанговыми погружными электроцентробежными насосами скважин при уменьшении дебита до 100 т/сут. Таким образом, до 80% скважин в мире оборудованы именно установками ШГН.

Наземное и глубинное оборудование установки ШГН показано на рисунке 2.1. Установка состоит из приводного ЭД 1, соединенного ременной передачей 2 с редуктором 3. На выходном валу редуктора находится кривошип 4, а также противовес 5, на котором установлены грузы 6. Шатун 7 передает движение балансиру 8, к головке которого 9 прикреплена канатная подвеска 10. Полированный шток 11 проходит через сальниковый узел 12.

Подземное оборудование скважины состоит из обсадной колонны 13, насосно-компрессорных труб 14 и колонны насосных штанг 15.

Штанговый глубинный насос 19 состоит из цилиндра 16, приемного клапана 20 и нагнетательного клапана 17.

Штанговый глубинный насос (рисунок 2.2) состоит из цилиндра, приемного клапана и нагнетательного клапана.

Работает ШГН следующим образом. Цикл качания начинается в момент, когда шток (а соответственно и плунжер) движется вниз. Когда плунжер с открытым нагнетательным клапаном приближается к своему крайнему нижнему положению, всасывающий клапан закрыт. На полированный шток действует только нагрузка от веса штанг, погруженных в жидкость. В крайнем нижнем положении нагнетательный клапан закрывается.

Давление жидкости в цилиндре насоса практически равно давлению в насосных трубах над плунжером.

Рис.2.1.

Когда полированный шток начинает двигаться вверх, плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру насоса, так как упругие штанги не могут передать ему движение до тех пор, пока они не получат полного растяжения от веса столба жидкости в насосных трубах, приходящегося на площадь плунжера. Величина растяжения штанг прямо пропорциональна величине воспринятой части веса жидкости. Поэтому по мере увеличения растяжения штанг нагрузка на полированном штоке растет. Та часть жидкости, которую приняли на себя штанги, снимается с труб. Вследствие этого трубы сокращают свою

длину и их нижний конец, с закрытый всасывающим клапаном, движется вверх.

Так как между всасывающим и нагнетательным клапанами в цилиндре насоса находится практически несжимаемая жидкость, то движение нижнего конца труб вверх вызывает движение вверх и плунжера вместе с насосом.

Рис. 2.2.

  • 1 - насос; 2 - уровень жидкости; 3 - нефтеносный пласт;
  • 4 - колонна штанг; 5 - НКТ

В любой момент времени текущая величина растяжения штанг равна разности перемещений полированного штока и плунжера. Поэтому, чтобы штанги получили полное растяжение, необходимое для передачи движения плунжеру, полированный шток должен пройти путь, равный сумме растяжения штанг и сокращения труб.

Нагрузка на полированном штоке возрастает при одновременном перемещении его вверх. Во время последующего движения плунжера вверх на полированный шток действует неизменная нагрузка.

Из крайнего верхнего положения полированный шток начинает движение вниз. Однако плунжер не может двигаться вниз, так как под ним в цилиндре насоса находится практически несжимаемая жидкость. Нагнетательный клапан не может открыться, потому что давление в цилиндре насоса равно нулю, а над плунжером оно равно давлению всего столба жидкости в насосных трубах. Поэтому плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру насоса. Вследствие того, что плунжер стоит на месте, а полированный шток движется вниз, длина штанг сокращается, и нагрузка от веса жидкости постепенно передается на трубы. Давление в цилиндре насоса увеличивается пропорционально сокращению штанг.

Воспринимая нагрузку от веса жидкости, трубы соответственно удлиняются, и их нижний конец движется вниз. Так как плунжер опирается на несжимаемый столб жидкости в цилиндре насоса, то он движется вниз, оставаясь неподвижным по отношению к цилиндру насоса. Это вынужденное продвижение плунжера замедляет сокращение штанг и снятие нагрузки от веса жидкости. Поэтому штанги получают полное сокращение и полностью снимают с себя нагрузку от веса жидкости только тогда, когда полированный шток проходит расстояние, равное сумме сокращения штанг и растяжения труб от веса жидкости.

Вследствие уменьшения нагрузки при одновременном перемещении полированного штока вниз, происходит снятие со штанг нагрузки от веса жидкости.

Типы приводов штанговых глубинных насосов.

В настоящее время получили распространение два типа наземных приводов ШГН - станки-качалки и цепные приводы. Помимо этого существуют всевозможные экспериментальные приводы, среди которых можно выделить «линейный привод», «мобильные СК» (перевозимые на автомобиле) и «складные СК» (складывающиеся для прохождения через них систем полива сельскохозяйственных полей). В последнее время начинают использоваться гидравлические приводы ШГН. Поскольку управление каждым из этих приводов имеет свои особенности, необходимо рассмотреть их конструктивные особенности.

Конструкции некоторых типов СК изображены на рисунках 2.3, 2.4 и 2.5 (приводятся СК производства фирмы Lufkin, США). На рисунке 2.3 показана конструкция традиционного СК с двуплечим балансиром. На рисунке 2.4 приводится конструкция СК с одноплечим балансиром типа MARK И. Геометрия СК типа MARK II позволяет снизить момент на редукторе на 35% и уменьшить мощность приводного двигателя по сравнению с традиционным СК с двуплечим балансиром . И СК с пневматическим уравновешиванием показан на рисунке 2.5. При движении штока вниз газ в поршне сжимается, накапливая потенциальную энергию, и при движении штока вверх помогает электродвигателю поднять жидкость на поверхность.


Рис.2.3.

  • 1 - головка балансира; 2 - балансир; 3 - центральный подшипник; 4 - подшипник траверсы; 5 - лестница с ограждением; 6 - траверса; 7 - шатун; 8 - канатная подвеска;
  • 9 - траверсы канатной подвески; 10 - кривошип; 11 - подшипник пальца кривошипа;
  • 12-тормоз; 13 - противовес; 14 - ЭД; 15-стойка балансира; 16 - рычаг тормоза;
  • 17 - основание

Рис. 2.4.

  • 1 - головка балансира; 2 - траверса; 3 - балансир; 4 - центральный подшипник;
  • 5 - шатун; 6 - угловая опора; 7 - противовес; 8 - стойка балансира;
  • 9 - канатная подвеска; 10 - кривошип; 11 - траверсы канатной подвески; 12 - тормоз; 13 - редуктор; 14 - ЭД; 15 - подшипник пальца кривошипа; 16 - рычаг тормоза;
  • 17 - лестница платформы; 18 - основание

Рис.2.5.

  • 1 - головка балансира; 2 - подшипник воздушной емкости; 3 - подшипник траверсы;
  • 4 - траверса; 5 - балансир; 6 - центральный подшипник; 7 - воздушная емкость;
  • 8 - канатная подвеска; 9 - траверсы канатной подвески; 10 - лестница; 11 - шатун; 12 - угловая опора; 13 - шток поршня; 14 - стойка балансира;
  • 15 - подшипник пальца кривошипа; 16 - тормоз; 17 - кривошип; 18 - основание

Второй тип приводов - это цепные приводы. ЦП начали серийно выпускаться в начале 90-х годов XX века в Канаде и Китае, а в последующем - и в нашей стране .

Конструктивно ЦП состоит из вертикальной рамы, вдоль которой вращается цепь (рисунок 2.6). К одному из звеньев цепи прикреплен гибкий ремень, который совершает возвратно-поступательные движения. К другому концу ремня прикреплены траверсы канатной подвески полированного штока. Для цепных приводов характерны следующие особенности:

  • - движение полированного штока происходит с постоянной скоростью;
  • - большая длина хода (до 10 м);
  • - низкая скорость качаний (до 2 качаний в минуту).

На рисунке 2.7 показаны разработанные институтом ТатНИПИНефть цепные приводы типа ЦП80-6-1/4.

Рис. 2.6.

  • 1 - платформа с ограждением; 2 - шкив; 3 -траверса ремня; 4 - канатная подвеска;
  • 5 - замок штока; 6 - траверсы канатной подвески; 7 - ремень; 8 - полированный шток; 9 - звено соединения противовеса с ремнем; 10 - противовес; 11 - устье скважины; 12 - редуктор; 13 - кожух ременной передачи от ЭД; 14 - основание; 15 - полозья

Рис. 2.7.

На рисунке 2.8 показана динамика внедрения ЦП на месторождениях ОАО «Татнефть». Видно, что ЦП оснащены уже свыше тысячи скважин. В республике Башкортостан ЦП выпускаются на ООО «Нефтекамский завод нефтепромыслового оборудования».


Рис.2.8.

Так называемый «линейный» привод ШГН (Linear Rod Pump) разработан фирмой UNICO (США) в 2007 г. В «линейном» приводе на полированный шток одевается рейка с зубьями (рисунок 2.9), которая перемещается шестеренкой . Шестеренка соединяется с валом электродвигателя через редуктор. Главным достоинством линейного привода является низкая металлоемкость, и, соответственно, дешевизна. Линейный привод позволяет обеспечить только небольшую длину хода - не более 1,5 м, и нс может использоваться на глубоких скважинах, где необходима передача большой мощности ШГН.

Рис. 2.9.

  • 1 - штангодержатель; 2 - зубчатая рейка; 3 -корпус механизма; 4 - шестерня;
  • 5 - редуктор; 6 - масляная ванна; 7 - полированный шток; 8 - ЭД; 9 -основание

В последнее время наблюдается внедрение на нефтепромыслах еще одного типа приводов ШГН - гидравлического. Гидравлический привод ШГН типа

«Гейзер», разработанный ООО «НПП «ПСМ-Импэкс» (г. Екатеринбург) показан на рисунке 2.10. Гидравлическая установка «Гейзер» используется в качестве верхнего привода ШГН.

Гидравлический привод штангового насоса «Гейзер» состоит из следующих основных частей :

  • - мачта - опора с установленном на ней гидроцилиндром;
  • - укрытие, в котором установлены насосная станция и системы электронного управления;
  • - соединение насосной установки и гидроцилиндра выполнено при использовании рукавов высокого давления.

Рис.2.10.

1 - укрытие; 2 - съемный щит; 3 - рукава; 4 - плиты дорожные; 5 - щебень; 6 - короб кабельный на стойках; 7 - мачта-опора; 8 - устьевая арматура

Основные преимущества гидравлического привода заключаются в следующем:

  • - возможность плавной регулировки скорости спуска/подъема штанговой колонны;
  • - КПД гидравлического привода выше, чем у традиционных СК;
  • - возможность рекуперации энергии;
  • - простота и оперативность установки, наладки и демонтажа.

Основные технические данные гидравлического привода «Гейзер» приводятся в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Основные технические данные гидравлического привода «Гейзер»

Система управления гидравлического привода «Гейзер» позволяет снимать динамограммы, при подключении эхолота и датчиков давления контролировать динамический и статический уровни, давление в выкидном коллекторе и затрубном пространстве.

1. Виды ШГН, описание, расшифровка типоразмеров, особенности исполнения, технические характеристики, определение производительности УШГН. Насосы глубинные штанговые (в дальнейшем – насосы) представляют собой вертикальную конструкцию одинарного действия с шариковыми клапанами, неподвижным цилиндром и металлическим плунжером. Предназначены для откачивания из нефтяных скважин жидкости, имеющей следующие показатели: температуру – не более 130 0 С, обводненность – не более 99% по объему, вязкость – не более 0,3 Па*с, минерализацию воды – до 10 г/л, содержание механических примесей – до 1,3 г/л, объемное содержание свободного газа на приеме насоса – не более 10%, сероводорода – не более 200мг/л и концентрацию ионов водорода – рН = 4 – 8. Существуют отдельные виды насосов, изготавливаемых на заказ, с параметрами эксплуатации выше типовых, например, насосы с хромированным внутренним покрытием цилиндра.

Согласно ТУ 26-16-06-86 изготавливают штанговые насосы следующих типов:

НВ1 – вставные с замком наверху,

НВ2 – вставные с замком внизу,

НН – невставные (трубные) со сбивным клапаном,

НН2 – невставные с ловителем.

НВ1Б-32-30-15-2 – это насос глубинный штанговый с характеристиками:

Вставной с замком наверху,

Цельный толстостенный цилиндр,

Условный диаметр плунжера – 32мм,

Ход плунжера – 3000м,

Группа посадки – 2.

2. Основные причины отказов УШГН.

Обрыв штанг

Утечки через неплотностивмуфтовыхсоединениях НКТ,которые все время подвергаются переменным нагрузкам
- уменьшение полезного хода плунжерапо сравнению сходом точки подвесаштангза счет упругих деформаций

насосных штангитруб

Утечки между цилиндром иплунжером,которые зависят от степени износа насоса иналичия абразивных

примесей воткачиваемойжидкости

Утечки вклапанах насоса из-за их немгновенногозакрытия иоткрытия и, главным образом, из-за их износа и

коррозии

-большое содержание песка воткачиваемойжидкости(песок, попадая вглубинный насос, приводит к износу

пары трения «цилиндр -плунжер»,клапанов, авряде случаев вызывает заклиниваниеплунжеравцилиндре и

обрыв штанг.Кроме того, чрезмерное количество песка впродукции приводит косаждению части его на забое скважин, образованию песчаных пробок иснижению продуктивности. Применяются различные фильтры,

привинчиваемые кприемному клапану насоса., песочные якоря. Впесочном якоре жидкость изменяет направление движения на 180", песок отделяется и скапливается в специальном кармане в нижней части якоря.

При заполнении кармана песком якорь извлекают на поверхность и очищают. Условием эффективной работы песочного якоря является существование вякоре скорости восходящего потока жидкости, меньшей скорости оседания частиц песка.

Отложения солей на вузлах насоса ивНКТ;

Асфальтено-смоло-парафиновыеотложения вНКТина насосных штангах;

Сильное искривление скважин

Коррозия нефтепромыслового оборудования.

Высоко вязкие и высоко парафинистые нефти

Глубинные насосы штангового типа, которые обозначаются аббревиатурой ШГН, представляют собой устройства, при помощи которых можно откачивать жидкие среды из скважин, характеризующихся значительной глубиной. Использование такого насосного оборудования является одним из наиболее популярных способов откачивания нефти: приблизительно 70 % действующих сегодня нефтеносных скважин обслуживают именно штанговые насосы.

Конструктивные особенности и принцип действия

Основными элементами конструкции насоса штангового, который размещается в скважине на особой колонне, состоящей из подъемных труб, являются:

  • цилиндрический корпус, во внутренней части которого устанавливается пустотелый поршень (вытеснитель), называемый плунжером;
  • нагнетательный клапан, устанавливаемый в верхней части вытеснителя;
  • всасывающий клапан шарового типа, который размещается в нижней части неподвижного цилиндрического корпуса;
  • насосные штанги, соединенные с особым механизмом (качалкой) и плунжером и сообщающие последнему возвратно-поступательное движение (сама качалка, приводящая в действие скважинный штанговый насос (СШН), монтируется вне скважины – на поверхности земли).

Принцип работы глубинных штанговых насосов достаточно прост.

  1. При перемещении плунжера вверх в нижней части камеры насоса создается разрежение давления, что способствует всасыванию перекачиваемой жидкой среды через входной клапан.
  2. Когда плунжер начинает движение вниз, всасывающий клапан закрывается под действием давления перекачиваемой жидкой среды, и она через полый канал поршня и нагнетательный клапан начинает поступать в подъемные трубы.
  3. В ходе безостановочной работы штангового глубинного насоса перекачиваемая им жидкая среда начинает заполнять внутренний объем подъемных труб и в итоге направляется на поверхность.

Основные разновидности

По своему конструктивному исполнению штанговые глубинные насосы могут быть:

  • вставными;
  • невставными.

Опускание в скважину вставных штанговых глубинных насосов, как и их извлечение из нее, осуществляется в собранном виде. Для того чтобы выполнить такую операцию, плунжер помещают внутрь цилиндра, и вся конструкция на насосных штангах опускается в шахту.

Вставные ШГН также подразделяются на устройства двух видов:

  • вставные насосы с верхним расположением замка (НВ1);
  • насосы, замок которых располагается в их нижней части (НВ2).

Вставные устройства используют преимущественно для обслуживания скважин большой глубины, характеризующихся также небольшим дебитом откачиваемой из них жидкой среды. Использование таких насосов ШГН, для извлечения которых достаточно осуществить подъем штанг, с которыми соединена вся конструкция насоса, намного упрощает ремонт скважины, если в этом возникает необходимость.

Для того чтобы поместить в скважину штанговый глубинный насос невставного типа, необходимо выполнить более сложные действия. В скважину сначала помещают цилиндр, для чего используют НКТ, а только затем, используя штанги, в уже установленный цилиндр опускают плунжер с клапанами. Извлечение штангового глубинного насоса данного типа также осуществляется в два приема: в первую очередь из цилиндра насоса извлекается плунжер с клапанами, а затем из скважины поднимается цилиндр с НКТ.

Невставные устройства также подразделяются на несколько категорий:

  • насосные установки без ловителя (НН);
  • невставные глубинные насосы с захватным штоком (НН1);
  • невставные насосы с ловителем (НН2).

Среди перечисленных выше видов невставного оборудования наиболее популярными стали устройства, оснащенные ловителем (НН2). Объясняется высокая популярность последних тем, что механизм их опорожнения отличается простотой конструкции и, соответственно, большей надежностью в эксплуатации.

Выбор оборудования той или иной модели осуществляется в зависимости от конкретных условий эксплуатации, а также от характеристик жидкой среды, которую планируется откачивать с его помощью.

Как читать маркировку

Для того чтобы определить, к какой категории относится глубинный штанговый насос, а также узнать, какими характеристиками обладает такое устройство, достаточно расшифровать его маркировку. Такая маркировка, расшифровка которой не представляет больших сложностей, выглядит следующим образом:

XХХ Х – ХX – ХХ – ХX – Х

Буквы и цифры, присутствующие в такой маркировке, последовательно обозначают следующие параметры:

  • тип штангового насоса, который, как уже говорилось выше, может относиться к одной из следующих категорий: HB1, НВ2, НН, HH1, НН2;
  • тип конструктивного исполнения цилиндра и конструктивные особенности устройства в целом;
  • условный диаметр плунжера, измеряемый в мм (современные модели штанговых глубинных насосов по данному параметру могут относиться к устройствам следующих категорий: 29, 32, 38, 44, 57, 70, 95 и 102 мм);
  • максимальный ход, который может совершать плунжер (для того чтобы узнать, на какое расстояние в мм перемещается плунжер, значение в маркировке необходимо разделить на сто);
  • напор в м вод. ст., который способен обеспечить представленный глубинный насос (это значение в маркировке также необходимо разделить на сто);
  • группа посадки (по степени увеличения расстояния, имеющегося между плунжером и внутренними стенками цилиндра, рассматриваемые устройства могут соответствовать одной из следующих групп посадки: 0, 1, 2, 3).

Конструктивные элементы

Работоспособность и эффективность использования глубинных насосов штангового типа определяют следующие элементы, присутствующие в их конструкции:

  1. цилиндры, которые могут быть цельными или составными;
  2. плунжеры (обыкновенные или типа пескобрей);
  3. клапанные узлы шарикового типа, запорными элементами которых выступают седло и шарик;
  4. якорные башмаки, используемые для закрепления в штанговых глубинных насосов вставного типа (при установке таких элементов необходимо обеспечить герметизацию всасывающей полости насоса от нагнетательной).

Конечно, обязательным элементом конструкции штангового глубинного насоса является штанга – изготовленный из стали круглый стержень с высаженными концами. Основное назначение штанг, которые могут иметь различный диаметр (12, 16, 18, 22 и 25 мм), заключается в том, чтобы сообщать плунжеру возвратно-поступательное движение.

Поскольку в ходе работы глубинного насоса штанги испытывают серьезные нагрузки, для их производства используют высококачественные стали, а после изготовления подвергают нормализационному отжигу и закалке ТВЧ.

Штанговые насосные устройства в зависимости от конструктивных особенностей плунжера и цилиндра, а также от того, как расположен их якорный башмак, могут относиться к одной из 15 категорий.